Коэффициент мощности в цепи переменного тока: Коэффициент мощности, что это такое?

Содержание

Коэффициент мощности, что это такое?

Коэффициент мощности (cos φ — косинус фи) — это отношение активной мощности к полной. Чем ближе это значение к единицы, тем лучше, так как при значении cos φ = 1 — реактивная мощность равна нулю следовательно меньшая потребляемая мощность в целом.

cos φ = P/S

Активная мощность (P)

Измеряется в ваттах Вт

Активная (средняя) мощность — это среднее значение мощности за период.. Активная мощность используется только на активные сопротивления, то есть на выполнения полезной работы.

P = I*U*cos φ 

Активное сопротивление

Как известно сопротивление проводника при переменном токе больше чем при постоянном, в следствии явлений поверхностного эффекта, эффекта близости, возникновение вихревых токов и излучение электромагнитной 

энергии в пространство. Именно поэтому сопротивление  проводника в

постоянных цепях называют омическим, а в переменного тока называют активным сопротивлением.

Реактивная мощность (Q)

Измеряется в вар (вольт ампер реактивный)

Реактивная мощность является мерой потребления (или выработки реактивного тока). То есть это мощность которая сначала накапливается во внешней электрической цепи (в индуктивности и ёмкости), а потом отдаваемая обратно в сеть на протяжения 1/4 периода.

Реактивная мощность может быть как положительной так и отрицательной.

Появление реактивной мощности связанно с наличием в цепях индуктивной и ёмкостной нагрузки.

Q = I*U*sin φ 

Реактивная мощность в отличии от активной не расходуется на прямые нужды (преобразование электрической энергии в другие виды энергии).

Она как бы не несёт полезной нагрузки, но без неё невозможно осуществление полезной работы. В  настоящий момент прилагается много усилий на уменьшение затрачиваемой реактивной мощности, так как это приводит к уменьшению потребления активной мощности.

Полная мощность (S)

Измеряется в вольт-амперах (BA)

Полная мощность (S) — это произведение действующего напряжения и тока на зажимах цепи. То есть полная мощность это вся мощность затраченная в электрической цепи. Полная мощность складывается из геометрической суммы активной и реактивной мощности.

S = I*U

§57. Мощность переменного тока и коэффициент мощности

Мгновенное значение мощности. В цепи, содержащей активное, индуктивное и емкостное сопротивления, в которой ток I и напряжение u в общем случае сдвинуты по фазе на некоторый угол ?, мгновенное значение мощности р равно произведению мгновенных значений силы тока i и напряжения u.

Кривую мгновенной мощности р можно получить перемножением мгновенных значений тока i и напряжения u при различных углах ?t (рис. 199, а. Из этого рисунка видно, что в некоторые моменты времени, когда ток и напряжение направлены навстречу друг другу, мощность имеет отрицательное значение. Возникновение в электрической цепи отрицательных значений мощности является вредным. Это означает, что в такие периоды времени приемник возвращает часть полученной электроэнергии обратно источнику; в результате уменьшается мощность, передаваемая от источника к приемнику. Очевидно, что чем больше угол сдвига фаз ?, тем больше время, в течение которого часть электроэнергии возвращается обратно к источнику, и тем больше возвращаемая обратно энергия и мощность.

Активная и реактивная мощности. Мгновенная мощность может быть представлена в виде суммы двух составляющих 1 и 2 (рис. 199,б). Составляющая 1 соответствует изменению мощности в цепи с активным сопротивлением (см. рис. 175,б).

Среднее ее значение, которое называют активной мощностью,

P = UI cos ? (75)

Она представляет собой среднюю мощность, которая поступает от источника к электрическим установкам при переменном токе.

Составляющая 2 изменяется подобно изменению мощности в цепи с реактивным сопротивлением (индуктивным или емкостным, см. рис. 179, а и б). Среднее ее значение равно нулю, поэтому для оценки этой составляющей пользуются ее амплитудным значением, которое называют реактивной мощностью:

Q = UI sin ? (76)

Рассматривая кривые мощности (см. рис. 199,б), можно установить, что только активная мощность может обеспечить преобразование в приемнике электрической энергии в другие виды энергии. Эта мощность в течение всего периода имеет положительный знак, т. е. соответствующая ей электрическая энергия 2, называемая активной, непрерывно переходит от источника 1 к приемнику 4 (рис. 200, а). Реактивная мощность никакой полезной работы создать не может, так как среднее значение ее в течение одного периода равно нулю. Как видно из рис. 199,б, эта мощность становится то положительной, то отрицательной, т. е. соответствующая ей электрическая энергия ,3, называемая реактивной,

Рис. 199. Зависимость мгновенной мощности р (а) и ее составляющих (б) от угла ?t

Рис. 200. Диаграмма, иллюстрирующая передачу электрической энергии между источником и приемником, содержащим активное и реактивное сопротивления, при отсутствии компенсатора (а) и при наличии его (б): 1 — источник; 2,3 — условные изображения активной и реактивной энергии; 4 — приемник; 5 — компенсатор

непрерывно циркулирует по электрической цепи от источника электрической энергии 1 к приемнику 4 и обратно (см. рис. 200, а).

Возникновение реактивной мощности в цепи переменного тока возможно только при включении в эту цепь накопителей энергии, таких как катушка индуктивности или конденсатор. В первом случае электрическая энергия, поступающая от источника, накапливается в электромагнитном поле катушки индуктивности, а затем отдается обратно; во втором случае она накапливается в электрическом поле конденсатора, а затем возвращается обратно к источнику.

Постоянная циркуляция реактивной мощности от источника к приемникам загружает генераторы переменного тока и электрические сети реактивными токами, не создающими полезной работы, и тем самым не дает возможности использовать их по прямому назначению для выработки и передачи потребителям активной мощности. Поэтому в производственных условиях стараются по возможности уменьшить реактивную мощность, потребляемую электрическими установками.

Полная мощность. Источники электрической энергии переменного тока (генераторы и трансформаторы) рассчитаны на определенный номинальный ток Iном и определенное номинальное напряжение Uном, которые зависят от конструкции машины, размеров ее основных частей и пр. Увеличить значительно номинальный ток или номинальное напряжение нельзя, так как это может привести к недопустимому нагреву обмоток машины или пробою их изоляции. Поэтому каждый генератор или трансформатор может длительно отдавать без опасности аварии только вполне определенную мощность, равную произведению его номинального тока на номинальное напряжение.

Произведение действующих значений тока и напряжения называется полной мощностью,

S = UI

Следовательно, полная мощность представляет собой наибольшее значение активной мощности при заданных значениях тока и напряжения. Она характеризует ту наибольшую мощность, которую можно получить от источника переменного тока при условии, что между проходящим по нему током и напряжением отсутствует сдвиг фаз. Полную мощность измеряют в вольт-амперах (В*А) или киловольт-амперах (кВ*А).

Связь между мощностями Р, Q и S можно определить из векторной диаграммы напряжений (рис. 201, а). Если умножить на ток I все стороны треугольника ABC, то получим треугольник мощностей А’В’С’ (рис. 201,б), стороны которого равны Р, Q и S. Из треугольника мощностей имеем:

S = ?(P2 + Q2)

Из этого выражения следует, что при заданной полной мощности S (т. е. напряжении U и токе I) чем больше реактивная мощность Q, которая проходит через генератор переменного тока или трансформатор, тем меньше активная мощность Р, которую он может отдать приемнику.

Иными словами, реактивная мощность не позволяет полностью использовать всю расчетную мощность источников переменного тока для выработки полезно используемой электрической энергии. То же самое относится и к электрическим сетям. Ток I = ?(Ia2+Ip2), который можно безопасно пропускать по данной электрической сети, определяется, главным образом, поперечным сечением ее проводов. Поэтому если часть Iр проходящего по сети тока (см. рис. 194,б) идет на создание реактивной мощности, то должен быть уменьшен активный ток Iа, обеспечивающий создание активной мощности, которую можно пропустить по данной сети.

Рис. 201. Векторная диаграмма напряжений (а) и треугольник мощностей (б) для цепи переменного тока

Если задана активная мощность Р, то при увеличении реактивной мощности Q возрастут реактивный ток Iр и общий ток I, проходящий по проводам генераторов переменного тока, трансформаторов, электрических сетей и приемников электрической энергии. При этом увеличиваются и потери мощности ?Р = I

2Rпp в активном сопротивлении Rпp этих проводов.

Таким образом, бесполезная циркуляция электрической энергии между источником переменного тока и приемником, обусловленная наличием в нем реактивных сопротивлений, требует также затраты определенного количества энергии, которая теряется в проводах всей электрической цепи.

Коэффициент мощности. Из формулы (75) следует, что активная мощность Р зависит не только от тока I и напряжения U, но и от величины cos?, называемой коэффициентом мощности:

cos ? = P/(UI) = P/S = P/?(P2 + Q2)

По значению cos ? можно судить, как использует мощность источника данный приемник или электрическая цепь. Чем больше cos ?, тем меньше sin ?, следовательно, согласно формулам (75) и (76) при заданных U и I, т. е. S, тем больше активная и меньше реактивная мощности, отдаваемые источником. При повышении cos ? и постоянной активной мощности Р, поступающей в приемник, уменьшается ток в цепи I = P/(U cos ?). При этом уменьшаются потери мощности ?P = I

2Rпp в проводах и обеспечивается возможность дополнительной загрузки источника и электрической сети, т. е. лучшего их использования. Если приемник питается от источника при неизменном токе нагрузки, то повышение cos ? ведет к возрастанию активной мощности Р, используемой приемником. При cos?=1 реактивная мощность равна нулю, и вся мощность, отдаваемая источником, является активной. Поэтому на всех предприятиях и во всех отраслях народного хозяйства стремятся всемерно повышать коэффициент мощности и доводить его по возможности до единицы.

Значения коэффициента мощности электрических установок переменного тока различны. Электрические лампы обладают, главным образом, активным сопротивлением, поэтому при их включении сдвиг фаз между током и напряжением практически отсутствует. Следовательно, для осветительной нагрузки коэффициент мощности можно считать равным единице. Коэффициент мощности для двигателей переменного тока зависит от нагрузки. При номинальной расчетной нагрузке двигателя cos? = 0,8-0,9, а у крупных двигателей даже выше. При недогрузке двигателей коэффициент мощности их резко снижается (при холостом ходе cos ? = 0,25-0,3).

Повышение коэффициента мощности. Cos ? повышают различными способами. Основной из них — включение параллельно приемникам электрической энергии специальных устройств, называемых компенсаторами. В качестве последних чаще всего используют батареи конденсаторов (статические компенсаторы), но могут быть применены также и синхронные электрические машины (вращающиеся компенсаторы).

Способ повышения cos ? с помощью статического компенсатора (рис. 202, а) называют компенсацией сдвига фаз, или компенсацией реактивной мощности. При отсутствии компенсатора от источника к приемнику, содержащему активное и индуктивное сопротивления, поступает ток i1 который отстает от напряжения и на некоторый угол сдвига фаз ?1. При включении компенсатора Хс по нему проходит ток ic, опережающий напряжение и на 90°. Как видно из векторной диаграммы (рис. 202,б), при этом в цепи источника будет проходить ток i<i1 и угол сдвига фаз его ? относительно напряжения также будет меньше ?1.

Для полной компенсации угла сдвига фаз ?, т. е. для получения cos ? =1 и минимального значения тока Imin, необходимо, чтобы ток компенсатора Iс был равен реактивной составляющей I1p = I1 sin ?1 тока I1.
При включении компенсатора 5 (см. рис. 200,б) источник 1 и электрическая сеть разгружаются от реактивной энергии 3, так как она циркулирует уже по цепи «приемник — компенсатор». Благодаря этому достигаются существенное повышение использования генераторов переменного тока и электрических сетей и уменьшение потерь энергии, возникающих при бесполезной циркуляции реактивной энергии между источником 1 и приемником 4. Компен-

Рис. 202. Схема, иллюстрирующая способ повышения cos ? с помощью компенсатора (а), и векторная диаграмма (б)

сатор в этом случае выполняет роль генератора реактивной энергии, так как токи Iсв конденсаторе и I в катушке индуктивности (см, рис. 202,б) направлены навстречу один другому (первый опережает по фазе напряжение на 90°, второй отстает от него на 90°), вследствие чего включение компенсатора уменьшает общий реактивный ток Iр и сдвиг фаз между током I и напряжением U. При надлежащем подборе реактивной мощности компенсатора можно добиться, что вся реактивная энергия 3 (см. рис. 200,б), поступающая в приемник 4, будет циркулировать внутри контура «приемник — компенсатор», а генератор и сеть не будут участвовать в ее передаче. При этих условиях от источника 1 к приемнику 4 будет передаваться только активная мощность 2, т. е. cos ? будет равен единице.

В большинстве случаев по экономическим соображениям в электрических установках осуществляют неполную компенсацию угла сдвига фаз и ограничиваются значением cos ? = 0,95.

Описание параметра "Компенсация (cos ϕ)"

Коэффициент мощности (cos φ) — физическая величина, являющаяся энергетической характеристикой электрического тока. Коэффициент мощности характеризует приёмник электроэнергии переменного тока, а именно — степень линейности нагрузки. Равен отношению потребляемой электроприёмником активной мощности к полной мощности. Активная мощность расходуется на совершение работы. Полная мощность — геометрическая сумма активной и реактивной мощностей (в случае синусоидальных тока и напряжения). В общем случае полную мощность можно определить как произведение действующих (среднеквадратических) значений тока и напряжения в цепи. Полная мощность равна корню квадратному из суммы квадратов активной и неактивной мощностей. В качестве единицы измерения полной мощности принято использовать вольт-ампер (ВА) вместо ватта (Вт).

Коэффициент мощности математически можно интерпретировать как косинус угла между векторами тока и напряжения. Поэтому в случае синусоидальных напряжения и тока величина коэффициента мощности совпадает с косинусом угла, на который отстают соответствующие фазы.

Коэффициент мощности позволяет судить о нелинейных искажениях, вносимых нагрузкой в электросеть. Чем он меньше, тем больше вносится нелинейных искажений. Кроме того, при одной и той же активной мощности нагрузки мощность, бесполезно рассеиваемая на проводах, обратно пропорциональна квадрату коэффициента мощности. Таким образом, чем меньше коэффициент мощности, тем ниже качество потребления электроэнергии. Для повышения качества электропотребления применяются различные способы коррекции коэффициента мощности, т. е. его повышения до значения, близкого к единице.

Значение коэффициента мощности Высокое Хорошее Удовлетворительное Низкое Неудовлетворительное
cos φ 0,95...1 0,8...0,95 0,65...0,8 0,5...0,65 0...0,5

Мощность переменного тока: измерение, формула

Мощность — то, что характеризует скорость передачи с преобразованием электроэнергии. Какие есть нормы мощности в сети переменного тока и виды, что такое активная и реактивная мощность? Об этом и другом далее.

Нормы мощности в сети переменного тока

Напряжение и мощность — то, что нужно знать каждому человеку, живущему в квартире или частном доме. Стандартное напряжение сети переменного тока в квартире и частном доме выражается в количестве 220 и 380 ватт. Что касается определения количественной меры силы электрической энергии, необходимо сложить электрический ток с напряжением или же измерить необходимый показатель ваттметром. При этом чтобы сделать измерения последним аппаратом, нужно использовать щупы и специальные программы.

Что такое мощность переменного тока

Мощность переменного тока определяется соотношением величины тока со временем, которая производит работу за определенное время. Обычный пользователь использует мощностный показатель, передаваемый ему поставщиком электрической энергии. Как правило, он равен 5-12 киловатт. Этих цифр хватает, чтобы обеспечить работоспособность необходимого бытового электрооборудования.

Этот показатель зависит от того, какие внешние условия поступления энергии в дом, какие поставлены ограничительные токовые устройства (автоматы или полуавтоматы), регулирующие момент поступления мощностных емкостей к потребительскому источнику. Это совершается на разных уровнях, от бытового электрощита до центрального устройства электрического распределения.

Мощностные нормы в сети переменного тока

Характеристики

Переменный ток течет по цепи и меняет свое направление с величиной. Создает магнитное поле. Поэтому его нередко называют периодическим синусоидальным переменным электротоком. Согласно закону кривой линии, величина его меняется через конкретный промежуток времени. Поэтому он называется синусоидным. Имеет свои параметры. Из важных стоит указать период с частотой, амплитудой и мгновенным значением.

Период — это то время, на протяжении которого происходит изменение электротока, а затем оно повторяется вновь. Частота — период течение за секунду. Измеряется в герцах, килогерцах и миллигерцах.

Амплитуда — токовое максимальное значение с напряжением и эффективностью протекания на протяжении полного периода. Мгновенное значение — переменный ток или напряжение, возникающее за конкретное время.

Характеристики переменного тока

Виды мощностей

Мощностью называется измеряемая физическая величина, которая равна скорости изменения с преобразованием, передачей или потреблением системной энергии. Согласно более узкому понятию, это показатель, который равен отношению затраченного времени на работы к самому периоду, который тратится на работу. Обозначается в механике символом N. В электротехнической науке используется буква P. Нередко можно увидеть также символ W, от слова ватт.

Мощность переменного тока -это произведение силы тока с напряжением и косинусом сдвига фаз. При этом беспрепятственно можно посчитать только активную и реактивную разновидность. Узнать полное мощностное значение можно через векторную зависимость этих показателей и площади.

Основные мощностные разновидности

Активная мощность

Активной называется полезная сила, определяющая процесс прямого преобразования электроэнергии в необходимый вид силы. В каждом электроприборе преобразовывается она по-своему. К примеру, в лампочке получается свет с теплом, в утюге — тепло, а в электрическом двигателе — механическая энергия. Соответственно, показывает КПД устройства.

Активная разновидность

Реактивная мощность

Реактивной называется та, которая определяется при помощи электромагнитного поля. Образуется при работе электроприборов. Обратите внимание! Это вредная и паразитная мощностная характеристика, которая определяется тем, каков характер нагрузки. Для лампочки она равняется нулю, а для электродвигателя она может быть равна большим значением.

Разница между величинами в том, что активно действующая мощностная характеристика показывает КПД устройств, а реактивная является передачей этого КПД. Разница также наблюдается в определении, символе, формуле и значимости.

Обратите внимание! Что касается значения, то вторая нужна лишь для того, чтобы управлять создавшимся напряжением от первой величины и преодолевать мощностные колебания. Обе измеряются в ваттах и имеют большое значение в электромагнитном излучении, механической форме генератора или акустической волне. Активно применяются в промышленности.

Реактивная разновидность

Полная мощность

Полная — это сумма активной с реактивной мощностью. Равна сетевому мощностному показателю. Это произведение напряжения с током в момент игнорирования фазы угла между ними. Вся рассеиваемая с поглощаемой и возвращаемой энергией — это полная энергия.

Это произведение напряжения и тока, единица измерения которого это ватт, перемноженный на ампер. При активности цепи, полная равняется активной. Если речь идет об индуктивной или емкостной схеме, то полная больше, чем активная.

Полная разновидность

Комплексная мощность

Это сумма всех мощностных показателей фаз источника электроэнергии. Это комплексный показатель, модуль которого равняется полному мощностному показателю электроцепи. Аргументом является фазовый сдвиг между электротоком с сетевым напряжением. Может быть выражена уравнением, где суммарный мощностный показатель, который генерируют источники электроэнергии, равен суммарному мощностному показателю, который потребляется в электроцепи.

Обратите внимание! Вычисляется посредством использования соответствующей формулы. Так, необходимо комплексное напряжение перемножить на комплексны ток или же удвоенное значение комплексного тока перемножить на импеданс. Также можно удвоенное значение комплексного напряжения поделить на удвоенное значение импеданса.

Комплексная разновидность

Как узнать какая мощность в цепи переменного тока

Стоит указать, что это величина, которая прямо связывается с иными показателями. К примеру, она находится в прямой зависимости от времени, силы, скорости, вектора силы и скорости, модуля силы и скорости, момента силы и частоты вращения. Часто в формулах во время вычисления электромощности используется также число Пи с показателем сопротивления, мгновенным током, напряжением на конкретном участке электрической сети, активной, полной и реактивной силой. Непосредственно участник вычисления это амплитуда, угловая скорость и начальная сила тока с напряжением.

Формула мощности в цепи переменного тока

В однофазной цепи

Понять, какой мощностный показатель есть в однофазной цепи переменного тока, можно при помощи применения трансформатора тока. Для этого необходимо воспользоваться ваттметром, который включен через токовый трансформатор. Показания следует перемножить на трансформаторный коэффициент тока. В момент измерения мощности в высоком напряжении трансформатор тока необходим, чтобы заизолировать ваттметр и обеспечить безопасность пользователя. Параллельна цепь включается не непосредственным способом, а благодаря трансформатору напряжения. Вторичные обмотки с корпусами измерительных трансформаторных установок необходимо заземлять во избежание случайного изоляционного повреждения и попадания высокого напряжения на приборы.

Обратите внимание! Для определения параметров в сети необходимо амперметр перемножить на трансформаторный коэффициент тока, а цифры, полученные вольтметром, перемножить на трансформаторный коэффициент напряжения.

В однофазной цепи

В трехфазной цепи

В цепи переменного тока мощностный показатель в трехфазной цепи определить можно, перемножив ток на напряжение. Поскольку это непостоянный электроток, он зависит от времени и других параметров, поэтому необходимо использовать другие проверенные схемы. Так, можно использовать ваттметр.

Измерение должно быть проведено только в одной фазе и по формуле умножено на три. Этот способ экономит приборы и уменьшает габариты измерения. Применяется для высокой точности измерения каждой фазы. В случае несимметричной нагрузки, нужно использовать соответствующую схему подключения ваттметра. Это более точный способ, но требует наличие трех ваттметров.

Обратите внимание! Если цепь не предусматривает наличие нулевого проводника, нужна также соответствующая схема.

Стоит указать, что сегодня измерить можно необходимые показатели не только аналоговым, но и цифровым прибором. Отличие второго в уменьшенных размерах и легкости. Кроме того, цифровые агрегаты способы осуществлять фиксацию тока с напряжением, косинусом сети и другим. Это позволяет на дистанции осуществлять отслеживание различных величин и передавать предупреждения, если есть отклонение. Это удобно, поскольку не нужно измерять ток с напряжением, а потом, используя формулы, все досконально просчитывать.

В трехфазной цепи

В целом, мощность — это величина, основное предназначение которой показывать силу работы конкретного прибора и во многих случаях скорость деятельности, взаимодействуя с ним. Она бывает механической, электрической, гидравлической и для постоянного с переменным током. Измеряется по международной системе в ваттах и киловаттах.

Влияние коэффициента мощности на электрическую сеть переменного тока

Площадь поперечного сечения кабеля линии электропередач, обмоток электрической машины и трансформатора, а также других электротехнических аппаратов и приборов выбираются исходя из значения тока (проверка на нагрев), протекающего в проводнике. Каждая электроустановка имеет свое номинальное напряжение, которое нельзя не превышать, ни занижать, для нормальной ее работы. Соответственно значения тока будет прямо пропорционально значению полной мощности S. Энергия, которая преобразуется из электрической в другие ее виды (тепловую, механическую и другие) и используется для выполнения полезной работы, будет пропорциональна активной энергии и соответствующей ей активной мощности Р.

Известно, что между мощностями переменного напряжения существует определенная зависимость:

Входящий в первое выражение cos φ имеет название коэффициент мощности. Он показывает, какую часть от полной мощности S будет составлять активная мощность Р:

Предположим, что Р электроустановки, значение которой в основном зависит от мощности электроприемников, величина постоянная. Теперь выясним, к чему приведет изменения коэффициента мощности cos φ.

Из приведенных выше формул следует, что при увеличении cos φ будет снижаться S. При этом Р = const. Из чего следует, что данное явление может происходить только за счет снижения реактивной мощности Q. Уменьшение S приводит к снижению линейного тока Iл. Снижение Iл повлечет за собой снижение потерь в ЛЭП, обмотках трансформаторов и электрических машин, а также другого электрооборудования.

Также отсюда выплывает и следующий вывод, раз значение линейного тока Iл снижается, то возможно уменьшение поперечного сечения токоведущих частей. В отношении трансформаторов и электродвигателей данное явление влечет за собой снижение веса, габаритов, стоимости.

В действующей электроустановке повышение коэффициента мощности позволит увеличить количество электроприемников при существующих площадях поперечного сечения, которые могут быть подключены к данной сети.

Как видим, повышение cos φ положительно скажется на работе электрической цепи переменного напряжения.

Известно, что большая часть электроприемников переменного тока потребляет помимо активной еще и индуктивную (реактивную) мощность. И самый главный потребитель – асинхронный электродвигатель. Значительную часть потребляют и трансформаторы, применяемые в различных установках. Индуктивная мощность потребляется и электрическими аппаратами, такими как магнитные пускатели, реле, контакторы, электромагниты и прочие.

Для уменьшения реактивной мощности рекомендовано:

  • Не завышать мощность асинхронных электродвигателей;
  • Избегать недогрузки электродвигателей;
  • Максимально сокращать время работы трансформаторов и электродвигателей в режиме холостого хода;

Но довольно часто коэффициент мощности оказывается недостаточно высоким в промышленных электросетях, даже не смотря на предпринятые выше меры. Для его повышения прибегают к подключению к электросети специальных компенсирующих устройств, таких как конденсаторные батареи, тиристорные компенсаторы и синхронные компенасторы. Последние в настоящее время практически нигде не применяются и активно модернизируются на тиристорные компенсаторы. Батареи конденсаторов обычно соединяют в треугольник, как показано на рисунке ниже:

При подключении компенсирующего устройства общий cos φ сети повышается, но у электроприемников он остается прежним. Чтобы максимально снизить сечение токоведущих частей от подстанции к электроприемнику, компенсирующие устройства стараются разместить как можно ближе к потребителю.

Рассмотрим небольшой пример

К трехфазной сети (рисунок выше) с линейным напряжением Uл = 220 В подключены два трехфазных электроприемника. У первого потребителя электроэнергии известно Р1 =  10 кВт и cos φ = 0,7. У второго rф = 6 Ом, ХLФ = 8 Ом. Нагрузка симметричная.

Необходимо определить мощности, токи, cos φ электроустановки из двух приемников. Найти емкость, токи и мощность батареи конденсаторов для поддержания cos φ = 0,95. Определить токи и мощности электроустановки из двух электроприемников и батареи конденсаторов.

Решение

Для первого электроприемника:

Полное сопротивление и ток фазы второго приемника:

Отсюда следует:

Теперь можем вычислить мощности всей электроустановки:

Линейный ток и cos φ электроустановки из двух потребителей электроэнергии:

Мощность электроустановки, состоящей из электроприемников и конденсаторной батареи:

Линейные токи электроустановки и батареи конденсаторов:

Фазные токи и сопротивление фазы батареи конденсаторов:

Емкость одной фазы и всей конденсаторной батареи:

Коэффициент мощности, формула и примеры

Определение и формула коэффициента мощности

Средняя мощность переменного электрического тока , выражаемая через действующие значения силы тока (I) и напряжение (U) равна:

   

где — действующее (эффективное) значение силы тока, — амплитуда силы тока, — действующее (эффективное) значение напряжения, — амплитуда напряжения.

Коэффициент мощности используют для характеристики потребителя переменного тока как реактивную составляющую нагрузки. Величина этого коэффициента отражает сдвиг фазы () переменного тока, который течет через нагрузку, по отношению к приложенному к нагрузке напряжению. Из выражения (1) видно, что по величине коэффициент мощности равен косинусу от этого сдвига. Если сила тока отстает от напряжения, то сдвиг фаз считают большим нуля, если обгоняет, то

Практическое значение коэффициента мощности

На практике коэффициент мощности стараются сделать максимально большим. Так как при малом для выделения в цепи необходимой мощности надо пропускать ток большой силы, а это приводит к большим потерям в подводящих проводах (см. закон Джоуля — Ленца).

Коэффициент мощности учитывают при проектировании электрических сетей. Если коэффициент мощности является низким, это приводит к росту части потерь электрической энергии в общей сумме потерь. Для увеличения данного коэффициента применяют компенсирующие устройства.

Ошибки при расчетах коэффициента мощности ведут к повышенному потреблению электрической энергии и уменьшению коэффициента полезного действия оборудования.

Коэффициент мощности измеряют фазометром.

Способы расчета коэффициента мощности

Коэффициент мощности рассчитывают как отношение активной мощности (P) к полной мощности (S)

   

где — реактивная мощность.

Коэффициент мощности для трехфазного асинхронного двигателя вычисляют при помощи формулы:

   

Коэффициент мощности можно определить, используя, например треугольник сопротивлений (рис.1а) или треугольник мощностей (рис.1b).

Треугольники на рис. 1(a и b) подобны, так как из стороны пропорциональны.

Единицы измерения

Коэффициент мощности — безразмерная физическая величина.

Примеры решения задач

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

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

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

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

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

  • угол φ -это угол между фазой напряжения и фазой тока, называемый еще сдвигом фаз, при этом, если ток отстаёт от напряжения, сдвиг фаз считается положительным, если опережает его, то отрицательным
  • величина sin φ для значений φ от 0 до плюс 90° является положительной величиной. Величина sin φ для значений φ от 0 до -90° является отрицательной величиной
  • если sin φ>0, то нагрузка имеет активно-индуктивный характер (электромоторы, трансформаторы, катушки...) - ток отстает от напряжения
  • если sin φ<0, нагрузка имеет активно-ёмкостный характер - (конденсаторы...) - ток опережает напряжение
  • Все соотношения между P, S и Q определяются теоремой Пифагора и элементарными тригонометрическими тождествами для прямоугольного треугольника

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

 

Коэффициент мощности для трехфазного асинхронного (обычного) электродвигателя.

cosφ = P / (√3*U*I)

где

cosφ = косинус фи

√3 = квадратный корень из трех

P = активная мощность (Вт)

U = Напряжение (В)

I = Ток (А)

Понимание коэффициента мощности - Laurens Electric Cooperative

Корректировка коэффициента мощности с помощью конденсаторов

Описание:

Коэффициент мощности - это соотношение (фазы) тока и напряжения в электрических распределительных системах переменного тока. В идеальных условиях ток и напряжение «синфазны», а коэффициент мощности равен «100%». При наличии индуктивных нагрузок (двигателей) коэффициент мощности менее 100% (обычно может составлять от 80 до 90%).

Низкий коэффициент мощности, с точки зрения электричества, вызывает протекание более сильного тока в линиях распределения электроэнергии, чтобы обеспечить заданное количество киловатт сверх электрической нагрузки.

Эффекты?

Система распределения электроэнергии в здании или между зданиями может быть перегружена избыточным (бесполезным) током.

Мощность генерирующих и распределительных систем, принадлежащих Laurens Electric, измеряется в кВА (килоамперах).

кВА = НАПРЯЖЕНИЕ X АМПЕР X 1,73 (трехфазная система) / 1000

При единичном коэффициенте мощности (100%) потребуется 2000 кВА мощности генерирующей и распределительной сети для обеспечения 2000 кВт. Однако если коэффициент мощности упадет до 85%, потребуется 2 353 кВА мощности.Таким образом, мы видим, что более низкий коэффициент мощности оказывает обратное влияние на генерирующую и распределительную мощность.

Перегрузки с низким коэффициентом мощности для генерации, распределения и сетей с избыточным значением кВА.

Если вы владеете большим зданием, вам следует подумать о корректировке низкого коэффициента мощности по любой из этих причин или по обеим этим причинам:

  • Чтобы снизить вероятность дополнительных расходов на коэффициент мощности в случае, если Laurens Electric начнет выставлять счет за корректировку коэффициента мощности и
  • To восстановить мощность (кВА) перегруженных фидеров в здании или строительном комплексе.

Существует несколько методов коррекции более низкого коэффициента мощности. Обычно используются: емкость.

Конденсаторные батареи

Самым практичным и экономичным устройством коррекции коэффициента мощности является конденсатор. Это улучшает коэффициент мощности, поскольку влияние емкости прямо противоположно влиянию индуктивности.

Вариант номинальной мощности конденсатора в кВАр показывает, какую реактивную мощность будет выдавать конденсатор. Поскольку этот вид реактивной мощности нейтрализует реактивную мощность, вызванную индуктивностью, каждый киловар емкости снижает чистую потребляемую реактивную мощность на ту же величину.Конденсатор на 15 кВАр, например, нейтрализует 15 кВА индуктивной реактивной мощности.

Конденсаторы могут быть установлены в любой точке электрической системы и улучшат коэффициент мощности между точкой приложения и источником питания. Однако коэффициент мощности между нагрузкой и конденсатором останется неизменным. Конденсаторы обычно добавляются в каждую часть неисправного оборудования, перед группами двигателей (перед центрами управления двигателями или распределительными щитами) или в основных службах.

Что означает коэффициент мощности?

Низкий коэффициент мощности снижает пропускную способность электрической системы за счет увеличения тока. Следовательно, иметь низкий коэффициент мощности неэффективно и дорого. Но что такое коэффициент мощности и что на него влияет?

Типичная распределительная система ограничена по величине тока, которую она может нести; Коэффициент мощности, выраженный в процентах, является показателем общего тока, который можно использовать для создания работы (активная мощность).Чем ближе коэффициент мощности к 1,00 (100%), тем меньше сила тока, необходимая для выполнения указанной работы.

Например, нагрузка с коэффициентом мощности 0,80 означает, что только 80% мощности эффективно используется для выполнения работы. В идеальном мире вся энергия, получаемая от энергосистемы, была бы преобразована в полезную работу, но в реальном мире это не так. Чтобы полностью описать коэффициент мощности, необходимы сложные уравнения. Однако для более простого понимания Министерство энергетики США использует простую аналогию с мощностью, необходимой лошади, чтобы тянуть тележку по рельсам.

В идеале лошадь должна располагаться перед железнодорожным вагоном, чтобы обеспечить наиболее эффективное буксировочное усилие; однако это не всегда возможно. Угол буксировки представляет собой изменение коэффициента мощности: чем меньше угол, тем лучше коэффициент мощности, чем больше угол, тем ниже коэффициент мощности (Рисунок 1).

1. Углы влияют на полезную работу. Показанная здесь аналогия обеспечивает визуализацию, помогающую понять коэффициент мощности.Коэффициент мощности определяется как отношение реальной (рабочей) мощности к полной (полной) мощности. Если лошадь ведет ближе к центру гусеницы, угол бокового увода уменьшается, и реальная мощность приближается к значению кажущейся мощности. Источник: Министерство энергетики США

Полная энергия, необходимая для тяги вагона, представляет собой полную мощность. Фактическая энергия, перемещающая вагон, - это реальная мощность. Неиспользованная энергия от тягового угла лошади - это реактивная мощность.Другими словами, реальная мощность, также называемая рабочей мощностью (кВт), выполняет фактическую работу движения, тепла и света. Реактивная мощность или нерабочая мощность (кВАр) поддерживает магнитное поле реактивной нагрузки (обычно индуктивной). Ток, используемый для создания реактивной мощности, не используется для создания работы; однако этот ток ложится бременем на распределительную систему, поставщика электроэнергии и счета за электроэнергию предприятия.

Векторная сумма рабочей мощности и нерабочей мощности составляет полную мощность (полную мощность):

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

, который используется для расчета коэффициента мощности:

Коэффициент мощности = активная мощность / полная мощность = косинус угла (ϕ)

Основы напряжения и тока

Чтобы понять коэффициент мощности, мы должны сначала понять базовую теорию переменного тока (AC) и связанные с ней формы сигналов.Напряжение в системе переменного тока чередуется между положительным и отрицательным (в синусоидальной форме) и заставляет ток вести себя аналогичным образом. Это происходит 60 раз в секунду (в системе с частотой 60 Гц) в диапазоне от 0 до 360 градусов. В отличие от систем переменного тока, напряжение в системе постоянного постоянного тока (DC) не изменяется.

Поскольку мгновенное значение переменного напряжения непрерывно изменяется, наука определила другую меру для величин переменного тока, а именно среднеквадратичное значение (среднеквадратичное значение). Среднеквадратичное значение сигнала переменного тока дает такой же эффект нагрева, что и форма сигнала постоянного тока того же значения.

RMS - это квадратный корень из среднего арифметического квадратов набора мгновенных значений за период (цикл). Когда напряжение и ток являются чисто синусоидальными, среднеквадратичное значение напряжения и тока можно определить по пиковому (pk) напряжению и току:

В RMS = В pk / √2

119,5 В RMS = 169 В pk / 1,414

Аналогично

I RMS = I pk / √2

75 A RMS = 106 A pk /1.414

Вы можете спросить себя, какое отношение это имеет к коэффициенту мощности? Для расчета мощности переменного тока необходимо знать среднеквадратичное значение напряжения, среднеквадратичного значения тока и синусоидального фазового соотношения. Итак, вкратце, среднеквадратичное значение - это мера теплового эффекта, рассчитанная на основе формы волны, которая позволяет сравнивать переменный ток с постоянным. Любой сдвиг фазы от чисто синусоидального сигнала указывает на коэффициент мощности.

Ниже приводится сравнение того, как коэффициент мощности влияет на выходную мощность в кВА на двух разных однофазных нагрузках.

Для электрического обогревателя 9 кВт (120 В переменного тока, 75 А) с коэффициентом мощности на входе 1,0:

P = √1ϕ x 120 В переменного тока x 75 A x 1,0 PF = 9 кВт

кВА = √1ϕ x 120 В переменного тока x 75 A = 9 кВА

Для зарядного устройства на 9 кВт (120 В переменного тока, 75 А) с входом 0,866 PF:

P = √1ϕ x 120 В переменного тока x 86,6 A x 0,866 PF = 9 кВт

кВА = √1ϕ x 120 В переменного тока x 86,6 A = 10,392 кВА

Хотя каждая нагрузка потребляет 9 кВт мощности, коэффициент входной мощности зарядного устройства составляет 0,866.Более низкий коэффициент мощности требует дополнительных 11,6 А для работы, которые в конечном итоге предоставляются энергетической компанией. Необходимо не только приобрести дополнительный реактивный ток, но и увеличить размер распределительной системы, чтобы выдержать дополнительный ток.

Что влияет на коэффициент мощности?

Коэффициент мощности относится к соотношению между активной (полезной мощностью) и полной (полной) мощностью. Эта взаимосвязь является мерой того, насколько эффективно используется электричество.

Линейные резистивные нагрузки. В системе переменного тока нагрузки классифицируются по способу потребления тока. Линейная резистивная нагрузка - это чисто резистивная нагрузка без индуктивных или емкостных компонентов, таких как электрические обогреватели и лампы накаливания. Кривые напряжения и тока пересекают нулевую координату в одной и той же точке.

Кривая мощности (P) на Рисунке 2 рассчитывается по напряжению (V) и току (I), показанным в виде положительной области графика. В этом примере напряжение и ток равны 120 и 75 среднеквадратичных значений соответственно.Их произведение составляет 9 кВА или 9 кВт. Напряжение и ток находятся «в фазе», и 100% мощности (рабочей мощности) эффективно используется для выполнения полезной работы. Коэффициент мощности для этого типа нагрузки составляет 1,0.

2. Линейные резистивные нагрузки. Напряжение и ток синфазны с коэффициентом мощности, равным 1,0 для чисто резистивных нагрузок. Предоставлено: Ametek Solidstate Controls

Линейные не резистивные / реактивные нагрузки. Нет ничего необычного в том, чтобы встретить чисто резистивные нагрузки; большинство нагрузок имеют дополнительную реактивную составляющую. Эти не резистивные / реактивные нагрузки составляют большой процент от всех нагрузок. Форма волны тока смещена от формы волны напряжения, поэтому она «не в фазе». Если нагрузка индуктивная, ток отстает от напряжения; если нагрузка емкостная, ток ведет.

На промышленных объектах обычно используются нагрузки с отстающим коэффициентом мощности (индуктивные нагрузки). Эти типы нагрузок могут быть асинхронными двигателями, дросселями и трансформаторами.Нагрузки с опережающим коэффициентом мощности (емкостные нагрузки) встречаются реже и обычно представляют собой подземные кабели или определенные импульсные источники питания.

На Рисунке 3 та же самая нагрузка, что и на Рисунке 2, теперь имеет кривую напряжения и тока, сдвинутую по фазе на 30 градусов. Поскольку это индуктивный сигнал, ток теперь отстает.

3. Индуктивные нагрузки. Напряжение и ток не в фазе для линейных нерезистивных / реактивных нагрузок.В этом примере индуктивной нагрузки ток отстает от напряжения на 30 градусов с коэффициентом мощности 0,866. Предоставлено: Ametek Solidstate Controls

Нелинейные нагрузки - гармоники. Сегодняшние промышленные установки имеют не только резистивные, индуктивные и емкостные нагрузки, но многие также включают твердотельное оборудование, такое как импульсные источники питания, приводы постоянного тока, частотно-регулируемые приводы (VFD), электронный балласт, аппараты для дуговой сварки и температурные -управляемые духовки.Это все нелинейные нагрузки или нагрузки, для которых ток не является синусоидальным, даже если напряжение синусоидальное. Несинусоидальный характер этих сигналов выражается с помощью гармоник.

Гармоники - это формы сигналов различной амплитуды на частотах, кратных основной частоте напряжения (50 Гц или 60 Гц). Они накладываются на синусоидальную форму волны тока для создания общей формы волны тока. На рисунке 4 показан пример такой формы волны тока.

4. Нелинейные нагрузки. На этом графике показаны формы сигналов напряжения и тока нелинейного источника питания с гармониками. Для наглядности он показан без сдвига фазы тока на 30 градусов. Предоставлено: Ametek Solidstate Controls

Среднеквадратичное значение всего тока находится путем суммирования среднеквадратичного значения каждой гармоники тока. Учитывая форму волны 60 Гц, это означает, что частота 2-й гармоники будет 120 Гц (60 Гц x 2 = 120 Гц), а частоты 3-й, 4-й и 5-й гармоник будут составлять 180 Гц, 240 Гц и 300 Гц соответственно.Гармоники, кратные основной частоте, могут быть выражены как 2f, 3f, 4f и т. Д.

Общее гармоническое искажение тока (THD) - это сумма всех гармонических составляющих формы волны тока по сравнению с основной составляющей волны тока. Как показано ниже, это отношение действующего значения гармоник тока к действующему значению тока основной гармоники.

I THD = RMS гармоник тока / RMS основной гармоники = √ (I 2 2 + I 3 2 + I 4 2 +…) / I 1 x 100%

Для чисто синусоидальных сигналов фазовый сдвиг между напряжением и током достаточен для количественной оценки коэффициента мощности (PF).Для сигналов, которые не являются синусоидальными, термин коэффициент мощности смещения (DpPF) используется для количественной оценки фазового сдвига между основными составляющими двух сигналов (составляющими 50 или 60 Гц). Для тех же несинусоидальных сигналов определен термин для количественной оценки влияния гармоник на коэффициент мощности. Этот термин называется коэффициентом мощности искажения (DF).

DF = 1 / √ (1 + THD 2 )

Чтобы найти общий коэффициент мощности (PF T ), используется следующее уравнение:

PF T = DF x D p PF

Корреляция коэффициента мощности

Для линейных нагрузок треугольник мощности представляет собой прямоугольный треугольник, который показывает взаимосвязь между рабочей, реактивной и полной мощностью.Соотношение между рабочей и полной мощностью - PF. Значение может находиться в диапазоне от 0,0 до 1,0.

Рабочая мощность, также называемая истинной мощностью, реальной мощностью или активной мощностью, выполняет фактическую работу движения / нагрева / освещения и т. Д. И измеряется в ваттах (Вт). Реактивная мощность поддерживает магнитное или электрическое поле в устройствах, таких как катушки соленоидов, обмотки двигателя, обмотки трансформатора, конденсаторы и балласты, без выполнения реальной работы. Эта дополнительная энергия измеряется в вольт-амперах реактивной мощности (VAR) и иногда называется мощностью без мощности.Полная мощность объединяет рабочую мощность и реактивную мощность и измеряется в вольт-амперах (ВА).

Фазовый угол (ϕ) в градусах представляет «неэффективность» нагрузки и соответствует общему реактивному сопротивлению (Z) текущему току в нагрузке. Чем больше фазовый угол, тем больше реактивная мощность. Нелинейные нагрузки добавляют дополнительный элемент к полной (полной) мощности, не прибавляя к активной мощности, что дополнительно снижает коэффициент мощности. ■

- Дэвид Маккиннон - старший инженер по приложениям в Ametek Solidstate Controls.Особая благодарность Bogdan Proca, PhD и Doug King за их вклад.

КОРРЕКЦИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ

- Прикладное промышленное электричество

Рассмотрим схему для однофазной системы питания переменного тока, в которой источник переменного напряжения 120 В и 60 Гц подает питание на резистивную нагрузку: (рисунок ниже)

Источник переменного тока управляет чисто резистивной нагрузкой.

[латекс] Z = 60 + j0 \ Omega \ textbf {или} 60 \ Omega \ angle \ text {0 °} [/ latex]

[латекс] \ begin {align} I & = \ frac {E} {Z} \\ & = \ frac {120V} {60Ω} \\ & = \ mathbf {2A} \ end {align} [/ latex]

В этом примере ток нагрузки будет 2 ампера, среднеквадратичное значение.Мощность, рассеиваемая на нагрузке, составит 240 Вт. Поскольку эта нагрузка является чисто резистивной (без реактивного сопротивления), ток находится в фазе с напряжением, и расчеты выглядят аналогично расчетам в эквивалентной цепи постоянного тока. Если бы мы построили кривые напряжения, тока и мощности для этой схемы, это выглядело бы так, как показано на рисунке ниже.

Рисунок 7.1 Ток синфазен с напряжением в резистивной цепи.

Обратите внимание, что форма сигнала мощности всегда положительная, а не отрицательная для этой резистивной цепи.Это означает, что мощность всегда рассеивается резистивной нагрузкой и никогда не возвращается к источнику, как это происходит с реактивной нагрузкой. Если бы источником был механический генератор, для поворота вала потребовалось бы 240 Вт механической энергии (около 1/3 лошадиных сил).

Также обратите внимание, что форма сигнала мощности не соответствует частоте напряжения или тока! Скорее, его частота составляет , вдвое больше, чем частоты сигнала напряжения или тока. Эта другая частота запрещает нам выражать мощность в цепи переменного тока с использованием тех же сложных (прямоугольных или полярных) обозначений, которые используются для напряжения, тока и импеданса, потому что эта форма математической символики подразумевает неизменные фазовые отношения.Когда частоты не совпадают, фазовые отношения постоянно меняются.

Как ни странно это может показаться, лучший способ продолжить вычисления мощности переменного тока - это использовать скалярную нотацию и обрабатывать любые соответствующие фазовые отношения с помощью тригонометрии.

Цепь переменного тока с чисто реактивной нагрузкой

Для сравнения рассмотрим простую цепь переменного тока с чисто реактивной нагрузкой на рисунке ниже.

Цепь переменного тока с чисто реактивной (индуктивной) нагрузкой.

[латекс] X_L = 60.319 \ Omega [/ латекс]

[латекс] Z = 0 + j60,319 \ Omega \ text {или} 60,319 Ом \ угол \ текст {90 °} [/ латекс]

[латекс] \ begin {align} I & = \ frac {E} {Z} \\ & = \ frac {120V} {60.319 \ Omega} \\ & \ mathbf {= 1.989A} \ end {align} [ / латекс]

Рисунок 7.2 Мощность не рассеивается в чисто реактивной нагрузке. Хотя он попеременно поглощается источником и возвращается обратно.

Обратите внимание, что мощность одинаково чередуется между положительными и отрицательными циклами.(Рисунок выше) Это означает, что мощность поочередно поглощается и возвращается к источнику. Если бы источником был механический генератор, для вращения вала не потребовалось бы (практически) никакой полезной механической энергии, потому что нагрузка не использовала бы никакой энергии. Вал генератора можно было бы легко вращать, а катушка индуктивности не нагревалась бы, как резистор.

Цепь переменного тока с резистивной и чисто реактивной нагрузкой

Теперь давайте рассмотрим цепь переменного тока с нагрузкой, состоящей из индуктивности и сопротивления, как показано на рисунке ниже.

цепь с реактивным сопротивлением и сопротивлением.

[латекс] X_L = 60,319 \ Omega [/ латекс]

[латекс] Z_L = 0 + j60.319 \ Omega [/ latex] или [латекс] 60.319 \ Omega \ угол 90 ° [/ латекс]

[латекс] Z_R = 60 + j0 \ Omega [/ латекс] или [латекс] 60 \ Omega \ угол 0 ° [/ латекс]

[латекс] Z _ {\ text {total}} = 60+ j60.319 \ Omega [/ latex] или [латекс] 85.078 \ Omega \ angle 45.152 ° [/ latex]

[латекс] \ text {I} = \ frac {E} {Z _ {\ text {total}}} = \ frac {120V} {85.078 \ Omega} = \ mathbf {1.410A} [/ латекс]

При частоте 60 Гц индуктивность 160 миллигенри дает нам индуктивное реактивное сопротивление 60,319 Ом. Это реактивное сопротивление в сочетании с сопротивлением 60 Ом образует полное сопротивление нагрузки 60 + j60,319 Ом, или 85,078 Ом 45,152 или . Если нас не интересуют фазовые углы (чего мы еще не достигли), мы можем рассчитать ток в цепи, взяв полярную величину источника напряжения (120 вольт) и разделив ее на полярную величину импеданса. (85.078 Ом). При напряжении источника питания 120 вольт RMS ток нагрузки составляет 1,410 ампер. Это цифра, которую покажет амперметр RMS, если он подключен последовательно с резистором и катушкой индуктивности.

Мы уже знаем, что реактивные компоненты рассеивают нулевую мощность, поскольку они в равной степени поглощают мощность и возвращают мощность к остальной части схемы. Следовательно, любое индуктивное реактивное сопротивление в этой нагрузке также будет рассеивать нулевую мощность. Единственное, что здесь остается для рассеивания мощности, - это резистивная часть импеданса нагрузки.Если мы посмотрим на график формы волны напряжения, тока и полной мощности для этой схемы, мы увидим, как эта комбинация работает на рисунке ниже.

Рисунок 7.3 Комбинированная резистивная / реактивная цепь рассеивает больше мощности, чем возвращается к источнику. Реактивное сопротивление не рассеивает мощность; хотя резистор делает.

Как и в любой реактивной цепи, мощность с течением времени чередуется между положительными и отрицательными мгновенными значениями. В чисто реактивной схеме чередование положительной и отрицательной мощности делится поровну, в результате чего рассеиваемая полезная мощность равна нулю.Однако в схемах со смешанным сопротивлением и реактивным сопротивлением, подобных этой, форма волны мощности по-прежнему будет чередоваться между положительной и отрицательной, но количество положительной мощности будет превышать количество отрицательной мощности. Другими словами, комбинированная индуктивная / резистивная нагрузка потребляет больше энергии, чем возвращается к источнику.

Глядя на график формы волны для мощности, должно быть очевидно, что волна проводит больше времени на положительной стороне центральной линии, чем на отрицательной, что указывает на то, что нагрузка потребляет больше мощности, чем возвращается в цепь.То небольшое возвращение мощности происходит из-за реактивного сопротивления; дисбаланс положительной и отрицательной мощности происходит из-за сопротивления, поскольку она рассеивает энергию за пределами цепи (обычно в виде тепла). Если бы источником был механический генератор, количество механической энергии, необходимое для вращения вала, было бы суммой мощности, усредненной между положительным и отрицательным циклами мощности.

Математическое представление мощности в цепи переменного тока является сложной задачей, потому что волна мощности не имеет той же частоты, что и напряжение или ток.Кроме того, фазовый угол для мощности означает нечто совершенно иное, чем фазовый угол для напряжения или тока. В то время как угол для напряжения или тока представляет собой относительный сдвиг по времени между двумя волнами, фазовый угол для мощности представляет собой отношение между рассеиваемой мощностью и возвращаемой мощностью. Из-за того, что мощность переменного тока отличается от напряжения или тока переменного тока, на самом деле легче получить цифры для мощности, вычислив с помощью скаляра величины напряжения, тока, сопротивления и реактивного сопротивления, чем пытаться получить их из вектор или комплексные величины напряжения, тока и импеданса, с которыми мы работали до сих пор.

  • В чисто резистивной цепи вся мощность схемы рассеивается резисторами. Напряжение и ток синфазны.
  • В чисто реактивной цепи мощность цепи не рассеивается нагрузкой (ами). Напротив, мощность поочередно поглощается и возвращается к источнику переменного тока. Напряжение и ток сдвинуты по фазе на 90 °.
  • В цепи, состоящей из смешанного сопротивления и реактивного сопротивления, мощность, рассеиваемая нагрузкой (ями), будет больше, чем возвращаемая, но некоторая мощность определенно будет рассеиваться, а некоторая будет просто поглощаться и возвращаться.Напряжение и ток в такой цепи будут сдвинуты по фазе на величину где-то между 0 ° и 90 °.

Реактивная мощность

Мы знаем, что реактивные нагрузки, такие как катушки индуктивности и конденсаторы, рассеивают нулевую мощность, но тот факт, что они понижают напряжение и потребляют ток, создает обманчивое впечатление, что они на самом деле рассеивают мощность. Эта «фантомная мощность» называется реактивной мощностью , и она измеряется в единицах, называемых вольт-ампер-реактивная мощность (ВАР), а не в ваттах.Математическим обозначением реактивной мощности является (к сожалению) заглавная буква Q.

.

Истинная сила

Фактическая мощность, используемая или рассеиваемая в цепи, называется истинной мощностью и измеряется в ваттах (как всегда, обозначается заглавной буквой P).

Полная мощность

Комбинация реактивной мощности и истинной мощности называется кажущейся мощностью и является произведением напряжения и тока цепи без учета фазового угла.Полная мощность измеряется в единицах Вольт-Ампер, (ВА) и обозначается заглавной буквой S.

Расчет реактивной, истинной или полной мощности

Как правило, истинная мощность зависит от рассеивающих элементов схемы, обычно от сопротивления (R). Реактивная мощность зависит от реактивного сопротивления цепи (X). Полная мощность - это функция полного сопротивления цепи (Z). Поскольку для расчета мощности мы имеем дело со скалярными величинами, любые комплексные начальные величины, такие как напряжение, ток и импеданс, должны быть представлены их полярными величинами , а не действительными или мнимыми прямоугольными составляющими.Например, если я вычисляю истинную мощность по току и сопротивлению, я должен использовать полярную величину для тока, а не просто «реальную» или «мнимую» часть тока. Если я рассчитываю полную мощность по напряжению и импедансу, обе эти ранее комплексные величины должны быть уменьшены до их полярных величин для скалярной арифметики.

Уравнения, использующие скалярные величины

Существует несколько уравнений мощности, связывающих три типа мощности с сопротивлением, реактивным сопротивлением и импедансом (все с использованием скалярных величин):

Истинная мощность

[латекс] \ begin {align} \ tag {7.2} {Z} \ end {align} [/ latex]

Измеряется в единицах Вольт-Ампер (ВА)

Обратите внимание, что существует два уравнения для расчета истинной и реактивной мощности. Для расчета полной мощности доступны три уравнения, P = IE подходит только для для этой цели. Изучите следующие схемы и посмотрите, как эти три типа мощности взаимосвязаны: чисто резистивная нагрузка, чисто реактивная нагрузка и резистивная / реактивная нагрузка.2Z = 169,256ВА [/ латекс]

Истинная мощность, реактивная мощность и полная мощность для резистивной / реактивной нагрузки.

Треугольник власти

Эти три типа мощности - истинная, реактивная и полная - связаны друг с другом в тригонометрической форме. Мы называем это треугольником мощности : (рисунок ниже).

Рисунок 7.4 Треугольник мощности, связывающий кажущуюся мощность с реальной и реактивной мощностью.

Используя законы тригонометрии, мы можем найти длину любой стороны (количество любого типа мощности), учитывая длины двух других сторон или длину одной стороны и угол.

  • Мощность, рассеиваемая нагрузкой, обозначается как истинная мощность . Истинная мощность обозначается буквой P и измеряется в ваттах (Вт).
  • Мощность, просто потребляемая и возвращаемая нагрузкой из-за ее реактивных свойств, обозначается как реактивной мощности . Реактивная мощность обозначается буквой Q и измеряется в вольт-амперных реактивных единицах (ВАР).
  • Полная мощность в цепи переменного тока, как рассеиваемая, так и поглощаемая / возвращаемая, обозначается как полная мощность .Полная мощность обозначается буквой S и измеряется в вольт-амперах (ВА).
  • Эти три типа мощности тригонометрически связаны друг с другом. В прямоугольном треугольнике P = смежная длина, Q = противоположная длина и S = ​​длина гипотенузы. Противоположный угол равен фазовому углу импеданса цепи (Z).

Как упоминалось ранее, угол этого «треугольника мощности» графически показывает соотношение между количеством рассеиваемой (или потребляемой ) мощности и количеством потребляемой / возвращаемой мощности.Кроме того, это тот же угол, что и импеданс цепи в полярной форме. Выраженное в виде дроби это соотношение между истинной мощностью и полной мощностью называется коэффициентом мощности для этой схемы. Поскольку истинная мощность и полная мощность образуют смежные стороны и стороны гипотенузы прямоугольного треугольника, соответственно, коэффициент мощности также равен косинусу этого фазового угла. Используя значения из схемы последнего примера:

Коэффициент мощности

[латекс] \ tag {7.4} PF = \ frac {P} {S} = \ frac {IECosθ} {IE} = Cosθ [/ латекс]

[латекс] Коэффициент мощности = \ frac {119,365 Вт} {169,256 ВА} [/ латекс]

[латекс] Коэффициент мощности = 0,705 [/ латекс]

[латекс] \ mathbf {Cos 45,152 ° = 0,705} [/ латекс]

Следует отметить, что коэффициент мощности, как и все измерения коэффициента мощности, составляет безразмерной величины .

Значения коэффициента мощности

Для чисто резистивной схемы коэффициент мощности равен 1 (идеальный), потому что реактивная мощность равна нулю.Здесь треугольник мощности будет выглядеть как горизонтальная линия, потому что противоположная сторона (реактивная мощность) будет иметь нулевую длину.

Для чисто индуктивной цепи коэффициент мощности равен нулю, потому что истинная мощность равна нулю. Здесь треугольник мощности будет выглядеть как вертикальная линия, потому что прилегающая сторона (истинная мощность) будет иметь нулевую длину.

То же самое можно сказать и о чисто емкостной цепи. Если в цепи нет диссипативных (резистивных) компонентов, то истинная мощность должна быть равна нулю, что делает любую мощность в цепи чисто реактивной.Треугольник мощности для чисто емкостной цепи снова будет вертикальной линией (направленной вниз, а не вверх, как это было для чисто индуктивной цепи).

Важность коэффициента мощности

Коэффициент мощности

может быть важным аспектом, который следует учитывать в цепи переменного тока, поскольку любой коэффициент мощности меньше 1 означает, что проводка схемы должна пропускать больший ток, чем это было бы необходимо при нулевом реактивном сопротивлении в цепи для обеспечения того же количества ( true) мощность резистивной нагрузки.Если бы наша последняя примерная схема была чисто резистивной, мы могли бы подавать на нагрузку полную мощность 169,256 Вт при том же токе 1,410 А, а не просто 119,365 Вт, которые она в настоящее время рассеивает с той же величиной тока. Низкий коэффициент мощности приводит к неэффективной системе подачи энергии.

Низкий коэффициент мощности

Низкий коэффициент мощности можно исправить, как это ни парадоксально, добавив в схему еще одну нагрузку, потребляющую равную и противоположную величину реактивной мощности, чтобы нейтрализовать влияние индуктивного реактивного сопротивления нагрузки.Индуктивное реактивное сопротивление можно нейтрализовать только емкостным реактивным сопротивлением, поэтому мы должны добавить конденсатор параллельно нашей примерной схеме в качестве дополнительной нагрузки. Влияние этих двух противоположных реактивных сопротивлений, включенных параллельно, состоит в том, чтобы довести полное сопротивление цепи до ее полного сопротивления (чтобы фазовый угол импеданса был равен нулю или, по крайней мере, ближе к нему).

Поскольку мы знаем, что (нескорректированная) реактивная мощность составляет 119,998 ВАР (индуктивная), нам необходимо рассчитать правильный размер конденсатора, чтобы получить такое же количество (емкостной) реактивной мощности.2} {119.998VAR} [/ латекс]

[латекс] X = 120,002 Ом [/ латекс]

[латекс] X_C = \ frac {1} {2πfC} [/ латекс]

Решение для C:

[латекс] C = \ frac {1} {2πfX_C} [/ латекс]

[латекс] C = \ frac {1} {2π (60 Гц) (120,002 Ом} [/ латекс]

[латекс] C = 22,105 мкФ [/ латекс]

Давайте возьмем округленное значение емкости конденсатора 22 мкФ и посмотрим, что произойдет с нашей схемой: (рисунок ниже)

[латекс] Z _ {\ text {total}} = Z_C // (Z_L - Z_R) [/ латекс]

[латекс] Z _ {\ text {total}} = (120.2Z = 119,366ВА [/ латекс]

Коэффициент мощности схемы в целом был существенно улучшен. Основной ток был уменьшен с 1,41 ампера до 994,7 миллиампера, в то время как мощность, рассеиваемая на нагрузочном резисторе, осталась неизменной и составила 119,365 Вт. Коэффициент мощности намного ближе к 1:

.

[латекс] PF = \ frac {P} {S} [/ латекс]

[латекс] PF = \ frac {119.365W} {119.366VA} [/ латекс]

[латекс] PF = 0,9999887 [/ латекс]

[латекс] \ text {Импендансный (полярный) угол} = 0.272 ° [/ латекс]

Поскольку угол импеданса по-прежнему является положительным числом, мы знаем, что схема в целом по-прежнему является более индуктивной, чем емкостной. Если бы наши усилия по коррекции коэффициента мощности были точно намечены, мы бы достигли угла импеданса, равного точно нулю, или чисто резистивного. Если бы мы добавили слишком большой конденсатор параллельно, мы бы получили отрицательный угол импеданса, что указывало на то, что цепь была более емкостной, чем индуктивной.

Следует отметить, что слишком большая емкость в цепи переменного тока приведет к низкому коэффициенту мощности, а также к слишком большой индуктивности.Вы должны быть осторожны, чтобы не чрезмерно скорректировать при добавлении емкости в цепь переменного тока. Вы также должны быть очень осторожны, должны использовать подходящие конденсаторы для работы (рассчитанные на соответствующие напряжения в энергосистеме и периодические всплески напряжения от ударов молнии, для непрерывной работы переменного тока и способные выдерживать ожидаемые уровни тока).

Если схема является преимущественно индуктивной, мы говорим, что ее коэффициент мощности составляет , отстает от (потому что волна тока для схемы отстает от волны приложенного напряжения).И наоборот, если схема преимущественно емкостная, мы говорим, что ее коэффициент мощности составляет перед . Таким образом, в нашем примере схема была запущена с коэффициентом мощности 0,705 с запаздыванием и была скорректирована до коэффициента мощности с запаздыванием 0,999.

Низкий коэффициент мощности в цепи переменного тока может быть «скорректирован» или восстановлен до значения, близкого к 1, путем добавления параллельного реактивного сопротивления, противоположного влиянию реактивного сопротивления нагрузки. Если реактивное сопротивление нагрузки является индуктивным по своей природе (что почти всегда будет), параллельная емкость - это то, что необходимо для корректировки низкого коэффициента мощности.

Когда возникает необходимость исправить низкий коэффициент мощности в системе питания переменного тока, у вас, вероятно, не будет роскоши знать точную индуктивность нагрузки в генри, чтобы использовать ее для своих расчетов. Возможно, вам повезло иметь прибор, называемый измерителем коэффициента мощности, который сообщит вам, каков коэффициент мощности (число от 0 до 1) и полную мощность (которую можно вычислить, сняв показания вольтметра в вольтах и ​​умножив их на показание амперметра в амперах). В менее благоприятных обстоятельствах вам, возможно, придется использовать осциллограф для сравнения форм сигналов напряжения и тока, измерения фазового сдвига в градусах и вычисления коэффициента мощности по косинусу этого фазового сдвига.Скорее всего, у вас будет доступ к ваттметру для измерения истинной мощности, показания которого вы можете сравнить с расчетом полной мощности (умножением общего напряжения на измерения общего тока). По значениям истинной и полной мощности вы можете определить реактивную мощность и коэффициент мощности.

Давайте рассмотрим пример задачи, чтобы увидеть, как это работает: (Рисунок ниже)

Как рассчитать полную мощность в кВА

Во-первых, нам нужно рассчитать полную мощность в кВА.Мы можем сделать это, умножив напряжение нагрузки на ток нагрузки:

[латекс] S = IE [/ латекс]

[латекс] S = (9,615A) (240 В) [/ латекс]

[латекс] S = 2,308 кВА [/ латекс]

Как мы видим, 2,308 кВА - это намного больше, чем 1,5 кВт, что говорит нам о том, что коэффициент мощности в этой схеме довольно низкий (существенно меньше 1). Теперь рассчитаем коэффициент мощности этой нагрузки, разделив истинную мощность на полную:

[латекс] PF = \ frac {P} {S} [/ латекс]

[латекс] PF = \ frac {1.5кВт} {2,308кВА} [/ латекс]

[латекс] PF = 0,65 [/ латекс]

Используя это значение для коэффициента мощности, мы можем нарисовать треугольник мощности и по нему определить реактивную мощность этой нагрузки: (Рисунок ниже) Реактивная мощность может быть рассчитана из истинной мощности и полной мощности. 2} {1.754kVAR} [/ латекс]

[латекс] X = 32,845 Ом [/ латекс]

[латекс] X_C = \ frac {1} {2πfC} [/ латекс]

Решение для C:

[латекс] C = \ frac {1} {2πfX_C} [/ латекс]

[латекс] C = \ frac {1} {2π (60 Гц) (32,845 Ом} [/ латекс]

[латекс] C = 80,761 мкФ [/ латекс]

Округляя этот ответ до 80 мкФ, мы можем поместить конденсатор этого размера в схему и вычислить результаты: (рисунок ниже)

Конденсатор 80 мкФ будет иметь емкостное реактивное сопротивление 33.157 Ом, что дает ток 7,238 ампер и соответствующую реактивную мощность 1,737 кВАр (для конденсатора только ). Поскольку ток конденсатора на 180 o не совпадает по фазе с индуктивным вкладом нагрузки в потребляемый ток, реактивная мощность конденсатора будет напрямую вычитаться из реактивной мощности нагрузки, в результате чего получится:

[латекс] X_L - X_C = X [/ латекс]

[латекс] 1,754 кВАр - 1,737 кВАр = 16,519 вар [/ латекс]

Эта коррекция, конечно, не изменит количество истинной мощности, потребляемой нагрузкой, но приведет к существенному снижению полной мощности и общего тока, потребляемого от источника 240 В: (рисунок ниже)

Новая полная мощность может быть найдена из истинных и новых значений реактивной мощности, используя стандартную форму теоремы Пифагора:

[латекс] S = √Q ^ 2 + P ^ 2 [/ латекс]

[латекс] S = 1.50009кВА [/ латекс]

Коэффициент мощности - индуктивная нагрузка

Коэффициент мощности системы электроснабжения переменного тока определяется как отношение активной (истинной или действительной) мощности к полной мощности , где

  • Активная (действительная или истинная) мощность измеряется в ваттах ( Вт, ) и представляет собой мощность, потребляемую электрическим сопротивлением системы, выполняющей полезную работу
  • Полная мощность измеряется в вольт-амперах (ВА) и представляет собой напряжение в системе переменного тока, умноженное всем током, который в нем течет.Это векторная сумма активной и реактивной мощности
  • Реактивная мощность измеряется в вольт-амперах реактивной ( VAR ). Реактивная мощность - это энергия, накапливаемая и разряжаемая асинхронными двигателями, трансформаторами и соленоидами.

Реактивная мощность требуется для намагничивания электродвигателя, но не выполняет никакой работы. Реактивная мощность, необходимая для индуктивных нагрузок, увеличивает количество полной мощности - и требуемую подачу в сеть от поставщика энергии к распределительной системе.

Увеличение реактивной и полной мощности приведет к уменьшению коэффициента мощности - PF .

Коэффициент мощности

Обычно коэффициент мощности - PF - определяют как косинус фазового угла между напряжением и током - или « cosφ »:

PF = cos φ

где

PF = коэффициент мощности

φ = фазовый угол между напряжением и током

Коэффициент мощности, определенный IEEE и IEC, представляет собой соотношение между приложенной активной (истинной) мощностью - и полная мощность , и в общем случае может быть выражена как:

PF = P / S (1)

, где

PF = коэффициент мощности

P = активная (истинная или действительная) мощность (Вт)

S = полная мощность (ВА, вольт-амперы)

Низкий коэффициент мощности - это результат lt индуктивных нагрузок, таких как трансформаторы и электродвигатели.В отличие от резистивных нагрузок, создающих тепло за счет потребления киловатт, индуктивные нагрузки требуют протекания тока для создания магнитных полей для выполнения желаемой работы.

Коэффициент мощности является важным измерением в электрических системах переменного тока, потому что

  • общий коэффициент мощности меньше 1 указывает на то, что поставщик электроэнергии должен обеспечить большую генерирующую мощность, чем фактически требуется
  • Искажение формы сигнала тока, которое способствует снижению коэффициента мощности, составляет вызванные искажением формы сигнала напряжения и перегревом в нейтральных кабелях трехфазных систем

Международные стандарты, такие как IEC 61000-3-2, были установлены для управления искажением формы сигнала тока путем введения ограничений на амплитуду гармоник тока.

Пример - коэффициент мощности

Промышленное предприятие потребляет 200 A при 400 В , а трансформатор питания и резервный ИБП рассчитаны на 400 В x 200 A = 80 кВА .

Если коэффициент мощности - PF - нагрузки составляет 0,7 - только

80 кВА × 0,7

= 56 кВт

реальной мощности потребляется системой. Если коэффициент мощности близок к 1 (чисто резистивная цепь), система питания с трансформаторами, кабелями, распределительным устройством и ИБП может быть значительно меньше.

  • Любой коэффициент мощности меньше 1 означает, что проводка схемы должна пропускать больший ток, чем тот, который потребовался бы при нулевом реактивном сопротивлении в цепи для передачи того же количества (истинной) мощности на резистивную нагрузку.
Зависимость поперечного сечения проводника от коэффициента мощности

Требуемая площадь поперечного сечения проводника с более низким коэффициентом мощности:

Коэффициент мощности 1 0,9 0.8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3
Поперечное сечение 1 1,2 1,6 2,04 2,8 4,0 6,3 11,1

Низкий коэффициент мощности дорог и неэффективен, и некоторые коммунальные предприятия могут взимать дополнительную плату, если коэффициент мощности меньше 0,95 . Низкий коэффициент мощности снизит пропускную способность электрической системы, увеличивая ток и вызывая падение напряжения.

«Опережающий» или «запаздывающий» коэффициенты мощности

Коэффициент мощности обычно указывается как «опережающий» или «запаздывающий», чтобы показать знак фазового угла.

  • При чисто резистивной нагрузке полярность тока и напряжения изменяется ступенчато, а коэффициент мощности будет равен 1 . Электрическая энергия течет в одном направлении по сети в каждом цикле.
  • Индуктивные нагрузки - трансформаторы, двигатели и обмотки - потребляют реактивную мощность, форма кривой тока которой отстает от напряжения.
  • Емкостные нагрузки - конденсаторные батареи или проложенные кабели - генерируют реактивную мощность с фазой тока, опережающей напряжение.

Индуктивные и емкостные нагрузки накапливают энергию в магнитных или электрических полях в устройствах во время частей циклов переменного тока. В течение остальных циклов энергия возвращается обратно в источник питания.

В системах с преимущественно индуктивными нагрузками - как правило, на промышленных предприятиях с большим количеством электродвигателей - запаздывающее напряжение компенсируется конденсаторными батареями.

Коэффициент мощности трехфазного двигателя

Полная мощность, необходимая индуктивному устройству, например, двигателю или аналогичному, состоит из

  • Активная (истинная или действительная) мощность (измеряется в киловаттах, кВт)
  • Реактивная мощность - Нерабочая мощность, вызванная током намагничивания, необходимая для работы устройства (измеряется в киловарах, кВАр)

Коэффициент мощности трехфазного электродвигателя может быть выражен как:

PF = P / [(3) 1/2 UI] (2)

где

PF = коэффициент мощности

P = приложенная мощность (Вт, Вт)

U = напряжение (В)

I = ток (А, амперы)

- или альтернативно:

P = (3) 1/2 UI PF

= (3) 1/2 U I cos φ (2b)

U, l и cos φ обычно указаны на паспортной табличке двигателя.

Типичный коэффициент мощности двигателя

1/2 нагрузки
Мощность
(л.с.)
Скорость
(об / мин)
Коэффициент мощности (cos φ )
Без нагрузки 1/4 нагрузки 3/4 нагрузки полная нагрузка
0-5 1800 0,15 - 0,20 0,5 - 0,6 0,72 0,82 0,84
5 - 20 1800 0.15 - 0,20 0,5 - 0,6 0,74 0,84 0,86
20-100 1800 0,15 - 0,20 0,5 - 0,6 0,79 0,86 0,89
100-300 1800 0,15 - 0,20 0,5 - 0,6 0,81 0,88 0,91

Коэффициент мощности по отраслям

Типичные неулучшенные коэффициенты мощности:

Отрасль Коэффициент мощности
Пивоварня 75-80
Цемент 75-80
Химический 65-75
Электрохимический 65-75
Литейное производство 75-80
Ковка 70-80
Hospi tal 75-80
Производство, станки 60-65
Производство, окраска 65-70
Металлообработка 65-70
Шахта, уголь 65 - 80
Офис 80-90
Перекачка масла 40-60
Производство пластмасс 75-80
Штамповка 60-70
Металлургический завод 65-80
Текстиль 35-60

Преимущества коррекции коэффициента мощности

  • Снижение счетов за электроэнергию - предотвращение штрафа за низкий коэффициент мощности со стороны энергокомпании
  • Повышенная пропускная способность системы - дополнительные нагрузки можно добавить без перегрузки системы
  • улучшенная рабочая характеристика системы s за счет уменьшения потерь в линии - из-за меньшего тока
  • Улучшение рабочих характеристик системы за счет увеличения напряжения - предотвращение чрезмерных падений напряжения

Коррекция коэффициента мощности с помощью конденсатора

1,01

Поправочный коэффициент конденсатора
Коэффициент мощности до улучшения (cosΦ) Коэффициент мощности после улучшения (cosΦ)
1.0 0,99 0,98 0,97 0,96 0,95 0,94 0,93 0,92 0,91 0,90
0,50
1,44 1,40 1,37 1,34 1,30 1,28 1,25
0,55 1,52 1.38 1,32 1,28 1,23 1,19 1,16 1,12 1,09 1,06 1,04
0,60 1,33 1,19 1,13 1,08 1,04 0,97 0,94 0,91 0,88 0,85
0,65 1,17 1,03 0.97 0,92 0,88 0,84 0,81 0,77 0,74 0,71 0,69
0,70 1,02 0,88 0,81 0,77 0,73 0,69 0,69 0,66 0,62 0,59 0,56 0,54
0,75 0,88 0,74 0,67 0.63 0,58 0,55 0,52 0,49 0,45 0,43 0,40
0,80 0,75 0,61 0,54 0,50 0,46 0,42 0,39 0,46 0,42 0,39 0,35 0,32 0,29 0,27
0,85 0,62 0,48 0,42 0,37 0.33 0,29 0,26 0,22 0,19 0,16 0,14
0,90 0,48 0,34 0,28 0,23 0,19 0,16 0,12 0,09 0,06 0,02
0,91 0,45 0,31 0,25 0,21 0,16 0,13 0.09 0,06 0,02
0,92 0,43 0,28 0,22 0,18 0,13 0,10 0,06 0,03
0,955 0,25 0,19 0,15 0,10 0,07 0,03
0,94 0.36 0,22 0,16 0,11 0,07 0,04
0,95 0,33 0,18 0,12 0,08 0,04
  • 0,96 0,29 0,15 0,09 0,04
    0.97 0,25 0,11 0,05
    0,98 0,20 0,06
  • Пример - Повышение коэффициента мощности с помощью конденсатора

    Электродвигатель мощностью 150 кВт имеет коэффициент мощности до улучшения cosΦ = 0.75 .

    Для необходимого коэффициента мощности после улучшения cosΦ = 0,96 - коэффициент коррекции конденсатора составляет 0,58 .

    Требуемая мощность KVAR может быть рассчитана как

    C = (150 кВт) 0,58

    = 87 KVAR

    Рекомендуемые характеристики конденсаторов для двигателей NEMA класса B с Т-образной рамой

    Рекомендуемые размеры блоков KVAR, необходимых для коррекция асинхронных двигателей до коэффициента мощности примерно 95%.

    910 Ток
    (%)
    Мощность асинхронного двигателя
    (л.с.)
    Номинальная скорость двигателя (об / мин)
    3600 1800 1200
    Мощность конденсатора
    (KVAR)
    Номинал конденсатора
    (кВАр)
    Снижение линейного тока
    (%)
    Номинал конденсатора
    (кВАр)
    Снижение линейного тока
    (%)
    3 1.5 14 1,5 23 2,5 28
    5 2 14 2,5 22 3 26
    7,5 2,5 14 3 20 4 21
    10 4 14 4 18 5 21
    15 5 12 5 18 6 20
    20 6 12 6 17 7.5 19
    25 7,5 12 7,5 17 8 19
    30 8 11 8 16 10 19
    40 12 12 13 15 16 19
    50 15 12 18 15 20 19
    60 18 12 21 14 22.5 17
    75 20 12 23 14 25 15
    100 22,5 11 30 14 30 12
    125 25 10 36 12 35 12
    150 30 10 42 12 40 12
    200 35 10 50 11 50 10
    250 40 11 60 10 62.5 10
    300 45 11 68 10 75 12
    350 50 12 75 8 90 12
    400 75 10 80 8 100 12
    450 80 8 90 8 120 10
    500 100 8 120 9 150 12

    Коэффициент мощности - обзор

    2.1.28 Мощность и коэффициент мощности переменного тока. схемы

    Обозначив фазовый угол между напряжением и током как ϕ, можно показать 2 , что средняя мощность составляет

    В единицах среднеквадратичного значения. значения:

    , где cos (ϕ) называется «коэффициентом мощности».

    Коэффициент мощности - важный параметр при работе с электрическими трансформаторами и генераторами. Все такие машины рассчитаны на киловольт-амперы (кВА), которые являются мерой допустимой нагрузки по току для данного приложенного напряжения.Потребляемая мощность зависит как от номинальной мощности в кВА, так и от коэффициента мощности нагрузки. На рисунке 2.17 показана взаимосвязь между кВА, киловаттами (кВт) и коэффициентом мощности, иногда называемая треугольником мощности. Нетрудно заметить, что

    Рисунок 2.17. Треугольник мощности

    и

    , где кВА R - реактивная мощность. Таким образом, зная номинальную мощность в кВА и коэффициент мощности ряда различных нагрузок, можно определить требования к мощности от общего источника питания.

    При цитировании коэффициента мощности в практических приложениях обычно указывается фаза тока относительно напряжения. Для индуктивной нагрузки ток отстает от напряжения, и говорят, что коэффициент мощности отстает. Для преимущественно емкостной нагрузки ток опережает напряжение, а коэффициент мощности опережает.

    Если питание подается, скажем, от генератора переменного тока на 400 В и 1000 А, то это максимальное напряжение и ток, которые машина может выдерживать без перегрева.Разность фаз между напряжением и током полностью зависит от нагрузки. Таким образом, если коэффициент мощности нагрузки равен единице, генератор переменного тока мощностью 400 кВА может обеспечить нагрузку мощностью 400 кВт. Пренебрегая потерями, первичный двигатель, приводящий в действие генератор, также должен обеспечивать мощность 400 кВт. Если же коэффициент мощности нагрузки равен 0,5, то подаваемая мощность будет только 200 кВт. Это означает, что хотя генератор будет работать на номинальной мощности в кВА, первичный двигатель, приводящий в действие генератор, будет работать только на половину своей мощности.

    Альтернативный способ взглянуть на это явление - рассмотреть нагрузку, скажем, 100 кВт с запаздывающим коэффициентом мощности 0,75. Если напряжение питания составляет 50 В, то требуемый ток из уравнения (2.55) составляет 2,67 А. Если, однако, коэффициент мощности нагрузки должен быть увеличен до единицы, то требуемый ток будет уменьшен до 2 А. Это означает, что токопроводящие кабели при подаче пониженного тока могут иметь соответственно уменьшенную площадь поперечного сечения.

    Как правило, размер электрической системы, включая линии передачи, распределительное устройство и трансформаторы, зависит от величины тока.Поэтому экономически целесообразно минимизировать ток. В качестве дополнительного стимула для промышленных потребителей органы электроснабжения обычно используют двухставочную систему тарифов. Он состоит из фиксированного тарифа, зависящего от номинальной мощности максимального потребления в кВА, и текущего заряда за единицу потребляемой киловатт в час.

    По этим причинам полезно попытаться увеличить коэффициент мощности так, чтобы он был близок к единице (но не совсем). Фактически избегают единичного коэффициента мощности, поскольку он вызывает состояние резонанса (см. Раздел 2.1.29). На практике конденсаторы, соединенные параллельно, часто используются для повышения коэффициента мощности преимущественно индуктивных нагрузок, таких как электродвигатели. Для крупномасштабных энергосистем используется отдельная установка с опережением фазы.

    Коэффициент мощности в цепи переменного тока

    В цепях постоянного тока продукт VI дает мощность в ваттах, потребляемую цепью. Но в цепях переменного тока дела обстоят иначе. В цепях переменного тока продукт VI дает полную мощность, а не реальную мощность, потому что напряжение и ток не совпадают по фазе друг с другом.


    Коэффициент мощности в цепи переменного тока можно определить как:

    • косинус фазового угла между напряжением и током, т.е. cos φ или
    • отношение сопротивления к импедансу cos φ = R / Z
    • отношение истинной мощности к полной мощности
      то есть коэффициент мощности, cos φ = истинная мощность / полная мощность.

    В случае чисто резистивной цепи переменного тока ток находится в фазе с приложенным напряжением, т.е. φ = 0. Следовательно, коэффициент мощности чисто резистивной цепи (cos φ) равен 1.

    В то время как в случае чисто емкостной или чисто индуктивной цепи ток на 90 o не совпадает по фазе с напряжением цепи, то есть φ = 90 o . Следовательно, коэффициент мощности схемы равен нулю. Коэффициент мощности последовательной цепи RLC находится между 0 и 1. Индуктивные цепи имеют отстающий коэффициент мощности, тогда как емкостные цепи имеют ведущий коэффициент мощности.

    Коэффициент мощности не может быть больше единицы. Обычно к слову «отстающий» или «опережающий» добавляется числовое значение коэффициента мощности, обозначающего, отстает ли ток от напряжения или опережает его.

    Недостатки низкого коэффициента мощности в цепи переменного тока


    В цепях переменного тока фактор мощности играет важную роль в энергосистеме. Поскольку мощность цепи переменного тока определяется соотношением:

    P = V I cos φ
    или I = P / (V cos φ)

    Из приведенного выше соотношения ясно, что для фиксированного мощность при постоянном напряжении, ток, потребляемый схемой, увеличивается с уменьшением коэффициента мощности. Ниже приведены основные недостатки низкого коэффициента мощности в цепи переменного тока :

    • При низком коэффициенте мощности проводники должны пропускать больший ток при той же мощности, поэтому им требуется большая площадь поперечного сечения.
    • При низких коэффициентах мощности проводники должны пропускать больший ток при той же мощности, что увеличивает потери в меди (I 2 R) и приводит к снижению эффективности системы.
    • При низком коэффициенте мощности падение напряжения (IR) увеличивается, что приводит к плохому регулированию системы.
    • Номинальная мощность в кВА электрического оборудования и машин, подключенных к энергосистеме, таких как трансформаторы, переключатели, генераторы и т. Д., Будет выше при низких коэффициентах мощности, поскольку она обратно пропорциональна коэффициенту мощности (кВА = кВт / cos φ.

    Для повышения коэффициента мощности (p.f) цепи переменного тока параллельно цепи подключается конденсатор.

    Активная и реактивная составляющие тока




    Активная составляющая тока - это та составляющая, которая находится в фазе с приложенным напряжением, то есть I cos φ . Он также известен как составляющая полного ватта тока.

    Реактивная составляющая тока - это то, что находится в квадратуре с приложенным напряжением i.е. I sin φ . Он также известен как безваттная составляющая тока.


    Активный | Реактивный | Полная мощность в цепи переменного тока


    Активная мощность : Мощность, которая фактически потребляется в цепи, называется активной мощностью или истинной мощностью. Обозначается P . Ваттметры показывают активную мощность цепи. Ток, синфазный с напряжением, дает истинную или активную мощность.

    Следовательно, истинная мощность, P = напряжение x ток в фазе с напряжением

    P = V I cos φ

    Активная мощность или истинная мощность цепи выражается в ваттах или киловаттах.Истинная мощность производит тепло в нагревателях, крутящий момент в двигателях, свет в лампах и т. Д. Когда эта мощность используется в цепи, она не может быть восстановлена.

    Реактивная мощность : Реактивная составляющая тока (т. Е. I sin φ), умноженная на напряжение цепи, дает реактивной мощности . Обозначается он Q .

    Следовательно, реактивная мощность, Q = V I sin φ

    Она выражается в VAR (реактивные вольт-амперы) или KVAR (реактивные киловольт-амперы).Реактивная мощность не выполняет никакой полезной работы в цепи. Это мощность, которая подается источником в течение первой четверти цикла и возвращается обратно к источнику в течение следующей четверти цикла. Однако он определяет коэффициент мощности схемы.

    Полная мощность (S): Произведение среднеквадратичных значений тока и напряжения называется полной мощностью и измеряется в ВА (вольт-амперах) или кВА (киловольт-ампер).

    Следовательно, Полная мощность, S = V I

    Это так называется, потому что кажется, что произведение тока и напряжения является мощностью.Но в цепях переменного тока, за исключением чисто резистивных цепей, обычно существует разность фаз между током и напряжением, так что В I не дает истинной мощности или активной мощности.


    Это так, потому что максимальная полная мощность, которую должны отдавать эти электрические машины, напрямую влияет на их физический размер .

    • По мере увеличения рабочего тока электрической машины мы должны использовать более толстый проводник, и размер машины увеличивается.
    • По мере того, как напряжение в сети становится выше, мы должны обеспечивать большую изоляцию, что приводит к увеличению размера машины.

    Таким образом, размер электрического оборудования зависит от продукта VI . Вот почему эти электрические машины рассчитаны на ВА или кВА.

    Кроме того, кВА является фиксированной, тогда как кВт - переменной в случае машин переменного тока. Этот фактор также очень благоприятствует оценке машин переменного тока в кВА.

    AC Fundamenatls I Все сообщения

    © http: // www.yourelectricalguide.com/ коэффициент мощности в цепи переменного тока.

    Почему фактор мощности важен при измерении эффективности?

    Инженеры, использующие внешние источники питания (EPS), не привыкать к измерениям эффективности. Однако, поскольку их приложения обычно работают на постоянном токе, при измерении мощности на стороне переменного тока источника питания могут быть сделаны типичные ошибки. Эти распространенные ошибки включают неправильное измерение или полное отсутствие коэффициента мощности при расчете потребляемой мощности источника питания, что приводит к неправильным измерениям КПД.В этом сообщении блога мы рассмотрим основы коэффициента мощности и эффективности, а затем дадим рекомендации о том, как учитывать коэффициент мощности при измерении эффективности источника питания постоянного и переменного тока.

    Коэффициент мощности и КПД, обзор

    КПД (η) - это отношение выходной мощности к входной:

    Уравнение 1: КПД

    Расчет выходной мощности EPS, которая является постоянным током, представляет собой просто выходное напряжение, умноженное на выходной ток:

    Уравнение 2: Выходная мощность

    Распространенной ошибкой является применение этого же расчета для получения входной мощности.Это представляет проблему, потому что произведение вольт-ампер в цепях переменного тока не всегда равно реальной мощности, и фактически, в случае внешних адаптеров, произведение вольт-ампер никогда не будет равняться реальной мощности. В цепях переменного тока произведение вольт-ампер равно полной мощности (S), которая связана с реальной мощностью через термин, называемый коэффициентом мощности (PF):

    Уравнение 3: Полная мощность

    По определению, коэффициент мощности - это отношение реальной мощности к полной мощности, где полная мощность является произведением действующего напряжения и действующего тока.Только когда коэффициент мощности равен 1, произведение вольт-ампер равно реальной мощности:

    Уравнение 4: Коэффициент мощности

    Если коэффициент мощности учитывается при расчете КПД, он должен быть рассчитан правильно. Многим инженерам приходится возвращаться к своим ранним инженерным занятиям, чтобы вспомнить, что такое коэффициент мощности и как его измерять. Однако в школе часто сосредотачиваются на линейном случае, когда и напряжение, и ток представляют собой чистые синусоиды одинаковой частоты. В этом случае коэффициент мощности представляет собой просто косинус разности фаз между напряжением и током и более точно известен как коэффициент мощности смещения:

    Уравнение 5: Коэффициент вытеснения

    Многим инженерам знаком треугольник мощности, показанный на рисунке 1, который визуально представляет взаимосвязь уравнения 5.По определению косинус θ равен отношению смежной стороны к гипотенузе. В треугольнике мощности это равно отношению реальной мощности к полной мощности, что соответствует нашему определению в уравнении 4. С другой стороны, когда дело доходит до нелинейных систем, одним из примеров которых являются источники питания постоянного и переменного тока, это имеет место. не представляю всей картины.

    Рисунок 1: Треугольник мощности для линейных систем

    Не хватает коэффициента мощности искажения, который добавляет третье измерение к треугольнику мощности, как показано на рисунке 2.Этот момент является критическим, потому что в источниках питания коэффициент искажения является основным фактором снижения коэффициента мощности, поскольку коэффициент смещения стремится быть близким к единице.

    Рисунок 2: Треугольник мощности для нелинейных систем

    Анализ Фурье показывает, что этот нелинейный сигнал тока можно разбить на ряд гармонических составляющих различной величины. Эти гармоники уменьшают коэффициент мощности, но не учитываются в уравнении 5. Для расчета коэффициента мощности искажения вводится полное гармоническое искажение (THD).THD учитывает ток, связанный с каждой гармоникой, как показано в следующем уравнении:

    Уравнение 6: Суммарные гармонические искажения

    Когда THD равен 0, коэффициент мощности искажения равен 1, что было бы в случае линейной системы:

    Уравнение 7: Коэффициент мощности искажения

    Изображение коэффициента мощности дополняется умножением коэффициента мощности смещения и коэффициента мощности искажения, что дает истинный коэффициент мощности:

    Уравнение 8: Истинный коэффициент мощности

    На рисунке 3 показаны формы входного тока и напряжения типичного источника питания.При сравнении с синусоидальным напряжением можно ясно увидеть нелинейный характер тока.

    Рисунок 3: Осциллограф, показывающий формы сигналов тока и напряжения типичного источника питания

    Это вызвано комбинацией мостового выпрямителя и конденсатора большой емкости, которые создают высоковольтную шину постоянного тока внутри источника. Выпрямитель имеет прямое смещение и проводит ток только тогда, когда входное напряжение превышает напряжение на конденсаторе большой емкости.

    Измерение коэффициента мощности

    Лучший способ измерить коэффициент мощности - использовать измеритель мощности, подобный показанному на Рисунке 4 ниже.Эти устройства будут напрямую выводить реальную мощность, поэтому коэффициент мощности не нужно учитывать при расчете КПД. Помимо реальной мощности, эти измерители могут измерять коэффициент мощности, THD, ток для каждой гармоники и многое другое. В то время как внешние адаптеры малой мощности не имеют определенных ограничений по коэффициенту мощности или гармоникам, источники питания с более высокой мощностью имеют определенные нормативные ограничения по содержанию гармоник и коэффициенту мощности. Стандарты, такие как EN 61000-3-2, определяют пределы гармонического тока до 39 гармоники включительно для определенных уровней мощности.При измерении гармонического тока источника питания необходим измеритель мощности.

    Рисунок 4: Измеритель мощности WT210, показывающий измерения, соответствующие сигналам на Рисунке 3

    Коэффициент мощности в источниках питания

    Вы можете подумать, что игнорирование коэффициента мощности приведет только к небольшой ошибке и / или что коэффициент мощности внешнего адаптера не может быть настолько плохим. Фактически, без коррекции коэффициента мощности коэффициент мощности внешнего адаптера может легко достигнуть нуля.5 при номинальной нагрузке. Адаптер с коэффициентом мощности 0,5 будет иметь кажущуюся мощность в два раза больше реальной мощности, что приведет к неверным результатам. Даже если бы источник питания имел реальный КПД 100%, это измерение показало бы только 50%.

    Помимо общего включения коэффициента мощности в расчеты КПД, важно отметить, что коэффициент мощности зависит от линии и нагрузки. Требования к эффективности, такие как DoE Level VI, требуют измерения эффективности в нескольких точках (25%, 50%, 75% и 100% нагрузки) как при высоком, так и при низком линейном напряжении.Если при расчете реальной мощности используется коэффициент мощности, его необходимо повторно измерить для каждого из этих условий.

    Пример из реального мира

    В качестве реального примера возьмем рисунки 3 и 4, которые были получены от внешнего источника питания мощностью 20 Вт, работающего на 10,8 Вт. С измерениями, полученными с помощью осциллографа на рисунке 3, мы получаем произведение вольт-ампер, равное 22,5. VA. Если бы мы забыли включить коэффициент мощности, то, используя это число, мы получили бы показатель КПД 48%:

    Используя измеритель мощности, подобный показанному на рисунке 4, мы видим, что реальная входная мощность на самом деле составляет всего 12.8 Вт, и, используя это значение, мы получаем КПД 84%, что почти вдвое больше, чем мы получили без учета коэффициента мощности:

    Теперь, если коэффициент мощности учитывался, но для его расчета использовались осциллограф и уравнение 5 (коэффициент искажения опущен), возникает несколько проблем. Во-первых, как показано на рисунке 3, у осциллографов могут возникнуть проблемы с автоматическим вычислением разности фаз. Осциллограф, использованный на Рисунке 3, рассчитал фазовый угол 72 градуса, что невооруженным глазом кажется неверным.При использовании курсоров осциллографа для ручного измерения фазового угла мы замечаем, что пытаемся измерить смещение двух сигналов разной формы и что текущий импульс формы сигнала является асимметричным.

    Возникает вопрос: куда поставить курсор, на пике или в центре импульса? В любом случае значение не превышает нескольких градусов. Если бы мы использовали уравнение 5 для расчета коэффициента мощности смещения с углом 5 °, мы получили бы значение 0,996. Если мы умножим наш результат на 22.5 ВА, собранные выше по нашему рассчитанному коэффициенту мощности, мы находим, что результат почти не изменился при 22,4 ВА. Это должно подтвердить наше предыдущее утверждение о том, что коэффициент смещения близок к единице, а коэффициент мощности искажения является доминирующим членом в уравнении 8. Таким образом, мы можем видеть, что метод осциллографа бесполезен для нас, и единственным методом, который дал правильные результаты, был использование измерителя мощности.

    Заключение

    Десятилетия ужесточающегося регулирования сделали тестирование эффективности одним из наиболее важных факторов при выборе и оценке характеристик источников питания.Отсутствие опыта работы с цепями переменного тока может привести к тому, что инженеры-испытатели будут не учитывать или неправильно рассчитывать коэффициент мощности, что приводит к неверным показателям эффективности. При тестировании внешних адаптеров или любого источника питания постоянного и переменного тока лучший метод расчета реальной потребляемой мощности - использование измерителя мощности. Эти устройства не только напрямую измеряют реальную мощность, но и могут измерять ток, связанный с отдельными гармониками, и обеспечивать полную картину входа источника питания.

    Категории: Основы , Тестирование и анализ отказов

    Дополнительные ресурсы


    У вас есть комментарии к этому сообщению или темам, которые вы хотели бы, чтобы мы освещали в будущем?
    Отправьте нам письмо по адресу powerblog @ cui.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *