Мощность ток: Расчёт величины тока по мощности и напряжению

Мощность электрического тока. Виды и работа. Особенности

Мощность электрического тока — это количество работы, которая выполняется за определенный период. Так как работа представляет параметр изменения энергии, то мощность можно назвать характеристикой скорости передачи либо преобразования электроэнергии. С мощностью электротока человеку приходится сталкиваться и в быту и на производстве, где применяются электрические приборы. Каждый из них потребляет электроток, поэтому при их использовании всегда необходимо учитывать возможности этих приборов, в том числе заложенные в них технические характеристики.

Мощность электрического прибора имеет важнейшее значение, ведь данный показатель используется не только для расчета электрической проводки, автоматов и предохранителей, но и для решения других задач. Чем мощность электрического прибора будет больше, тем за более короткое время он сможет осуществить необходимую работу. Если сравнить между собой электрическую плитку, тепловую электропушку или электрокамин, то у них у всех разные показатели мощности. То есть они будут обогревать площадь помещения за совершенно разное время.

Виды

Мощность электрического тока также может быть вычислена по формуле:

P=A/t, которая характеризует интенсивность передачи электроэнергии, то есть работа, совершаемая током по перемещению зарядов за определенный период времени.

Здесь A – это работа, t — время, за которое работа была выполнена.

Мощность может быть двух видов: реактивной и активной.

При активной мощности осуществляется преобразование мощности электротока в энергию движения, тепла, света и иные виды. Данный перевод тока в указанные виды невозможно выполнить обратно. Активная мощность измеряется в ваттах. Один ватт равняется один Вольт умноженный на один ампер. Для бытового и производственного применения задействуются показатели на порядок больших значений: это мегаватты в киловатты.

Реактивная мощность электрического тока представляет электронагрузку, создаваемую в приборах посредством емкостной и (или) индуктивной нагрузкой.

В случае переменного тока, указанный параметр характеризуется формулой:

Q=UIsinφ

Здесь синус φ выражается сдвигом фаз, который образуется между снижением напряжения и действующим электротоком. Значение угла может находиться в пределах от 0 до 90 градусов или от 0 до -90 градусов.

Параметр Q характеризует реактивную мощность, ее можно измерить в вольт-амперах. При помощи указанной формулы можно быстро определить мощность электротока.

Реактивные и активные показатели мощности можно продемонстрировать на обычном примере: Прибор может одновременно иметь нагревающие элементы: электрический двигатель и ТЭН. На изготовление ТЭНов применяется материал, который обладает большим сопротивлением, вследствие чего при прохождении по нему тока, электроэнергия становится тепловой. В данном случае довольно-таки точно характеризуется активная мощность электротока. Если брать за основу электродвигатель то внутри него располагается обмотка из меди, которая обладает индуктивностью, что, как правило, также вызывает эффект самоиндукции.

Эффект самоиндукции обеспечивает некоторое возвращение электроэнергии непосредственно в электросеть. Данную энергию можно охарактеризовать определенным смещением в показателях по электротоку и напряжению, что приводит к нежелательным последствиям на сеть в качестве определенных перегрузок. Подобными показателями выделяются и конденсаторы вследствие собственной емкости в момент, когда весь собранный заряд направляется обратно.

В данном случае происходит смещение тока и напряжения, но в обратном перемещении. Энергия индуктивности и емкости, которые смещаются по фазе относительно параметров электрической сети и называется реактивной электромощностью. Именно обратный эффект к сдвигу фазы позволяет осуществить компенсирование мощности реактивного параметра. В результате повышается качество и эффективность электрического снабжения.

Полная мощность электрического тока характеризуется величиной, которая соответствует произведению тока и напряжения и связана с активной и реактивной мощностью следующим уравнением:

S=˅P2+Q2

Где S – полная мощность, вычисляемая корнем из произведений квадратов активной и реактивной мощностей.

Для простоты восприятия активная мощность есть там, где присутствует активная нагрузка, к примеру, спиральные нагреватели, сопротивление проводов и тому подобное. Реактивная мощность наблюдается там, где имеется реактивная нагрузка, то есть элементы индуктивности и емкости, к примеру, конденсаторы.

Принцип действия

Когда заряд движется по проводнику, то электромагнитное поле выполняет над ним работу. Данная величина характеризуется напряжением. Заряды направляются в сторону снижения потенциалов, однако для поддержания указанного процесса необходим некоторый источник энергии. Напряжение по своему показателю соответствует работе поля, которое необходимо для перемещения единичного заряда Кулона на рассматриваемом участке. При перемещении заряда возникают явления, при которых электроэнергия может приходить в другие виды энергии.

Для доставки электроэнергии от электростанции до конечного потребителя необходимо выполнить определенную работу. Для создания требуемого напряжения, то есть возможности выполнения работы электротока по перемещению заряда, применяется трансформатор. Данное устройство производит увеличение показателя напряжения. Полученный ток под высоким напряжением, иногда достигающим 10 тысяч Вольт, движется по высоковольтным проводам. При достижении места назначения, он попадает на трансформатор, который уменьшает напряжение до промышленных или бытовых показателей. Далее ток направляется на производства, в квартиры и дома.

Применение

Одним из основных элементов электроцепи является приемник электроэнергии. Именно электрические приемники служат для преобразования электроэнергии в другие виды энергии:

Указанные преобразования возможны лишь в том случае, если ток проходит через сопротивление необходимого уровня. То есть при перемещении зарядов по проводнику наблюдается потеря энергии, что как раз и вызвано наличием сопротивления. Если рассматривать это дело на атомарном уровне, то электроны сталкиваются с ионами кристаллической решетки. Это приводит к возбуждению и теп­ловому движению, вследствие чего происходит потеря энергии.

Особенности

Мощность электрического тока влияет на то, как быстро прибор сможет выполнить работу, то есть за определенное время. К примеру, дорогой обогреватель, имеющий в 2 раза большую мощность, обогреет помещение быстрее, чем два дешевых, с меньшей в 2 раза мощностью. Получается, что выгоднее купить агрегат, имеющий большую мощность, чтобы быстрее обогреть холодное помещение. Но, в то же время, такой агрегат будет тратить существенно больше энергии, чем его более дешевый аналог.

Потребляемая мощность всех приборов в доме учитывается и при подборе проводки для прокладки в доме. Если не учитывать этого и в последующем включить в сеть слишком много приборов, то это вызовет перегрузку сети. Проводка не сможет выдержать мощность электрического тока всех приборов, что приведет к плавлению изоляции, замыканию и самовоспламенению проводки. В результате может начаться пожар, который может привести к непоправимым последствиям.

Поэтому так важно знать мощности электрических приборов, чтобы правильно подобрать сечение и материал проводов или не допускать одновременного включения в сеть приборов, имеющих большую мощность.

В качества примера можно привести следующие показатели:

• Сетевой роутер требует 10-20 Вт.
• Бытовой сварочный аппарат имеет мощность 1500-5500 Вт.
• Стиральная машина потребляет мощность 350-2000 Вт.
• Электрическая плитка имеет мощность 1000-2000 Вт.
• Холодильник бытовой потребляет мощность 15-700 Вт.
• Монитор жидкокристаллический имеет мощность 2-40 Вт.
• Монитор с электролучевой трубкой потребляет 15-200 Вт.
• Системный блок ПК потребляет 100-1200 Вт.
• Электрический пылесос имеет мощность 100-3000 Вт.
• Лампа накаливания бытовая – 25-200 Вт.
• Электрический утюг – 300-2000 Вт.

Интересные особенности

Мощность электрического тока раньше благодаря Джеймсу Уатту измерялась в лошадиных силах. Однако в конце девятнадцатого века было решено присвоить мощности название Ватт, чтобы увековечить имя известного ученого и изобретателя. На тот период это случилось впервые, когда единице измерения присвоили имя ученого. Именно с этого времени пошла традиция присвоения имен ученых единицам измерения.

Мощность электрического тока молнии составляет порядка один ТераВатт, при этом происходит ее преобразование в световую и тепловую энергию. Температура внутри молнии при этом составляет 25 тысяч градусов. Молния способна ударять в одно и то же место. А согласно статистике молния попадает в мужчин примерно в 5 раз больше, чем в представителей женского пола.

Похожие темы:

Мощность электрического тока: формула

Прежде чем рассматривать электрическую мощность, следует определиться, что же представляет собой мощность вообще, как физическое понятие. Обычно, говоря об этой величине, подразумевается определенная внутренняя энергия или сила, которой обладает какой-либо объект. Это может быть мощность устройства, например, двигателя или действия (взрыв). Ее не следует путать с силой, поскольку это разные понятия.

Что такое мощность электрического тока

Любые физические действия совершаются под влиянием силы. С ее помощью проделывается определенный путь, то есть выполняется работа. В свою очередь, работа А, проделанная в течение определенного времени t, составит значение мощности, выраженное формулой: N = A/t (Вт = Дж/с). Другое понятие мощности связано со скоростью преобразования энергии той или иной системы. Одним из таких преобразований является мощность электрического тока, с помощью которой также выполняется множество различных работ. В первую очередь она связана с электродвигателями и другими устройствами, выполняющими полезные действия.

Мощность тока связана сразу с несколькими физическими величинами. Напряжение (U) представляет собой работу, затрачиваемую на перемещение 1 кулона. Сила тока (I) соответствует количеству кулонов, проходящих за 1 секунду. Таким образом, ток, умноженный на напряжение (I x U), соответствует полной работе, выполненной за 1 секунду. Полученное значение и будет мощностью электрического тока.

Приведенная формула мощности тока показывает, что мощность находится в одинаковой зависимости от силы тока и напряжения. Отсюда следует, что одно и то же значение этого параметра можно получить за счет большого тока и малого напряжения и, наоборот, при высоком напряжении и малом токе. Это свойство позволяет передавать электроэнергию на дальние расстояния от источника к потребителям. В процессе передачи ток преобразуется с помощью трансформаторов, установленных на повышающих и понижающих подстанциях.

Существует два основных вида электрической мощности – активная и реактивная. В первом случае происходит безвозвратное превращение мощности электрического тока в механическую, световую, тепловую и другие виды энергии. Для нее применяется единица измерения – ватт. 1Вт = 1В х 1А. На производстве и в быту используются более крупные значения – киловатты и мегаватты.

К реактивной мощности относится такая электрическая нагрузка, которая создается в устройствах за счет индуктивных и емкостных колебаний энергии электромагнитного поля. В переменном токе эта величина представляет собой произведение, выраженное следующей формулой: Q = U х I х sin(угла). Синус угла означает сдвиг фаз между рабочим током и падением напряжения. Q является реактивной мощностью, измеряемой в Вар – вольт-ампер реактивный. Данные расчеты помогают эффективно решить вопрос, как найти мощность электрического тока, а формула, существующая для этого, позволяет быстро выполнить вычисления.

Обе мощности можно наглядно рассмотреть на простом примере. Какое-либо электротехническое устройство оборудовано нагревательными элементами – ТЭНами и электродвигателем. Для изготовления ТЭНов используется материал, обладающий высоким сопротивлением, поэтому при прохождении по нему тока, вся электрическая энергия преобразуется в тепловую. Данный пример очень точно характеризует активную электрическую мощность.

Что касается электродвигателя, то внутри него расположена медная обмотка, обладающая индуктивностью, которая, в свою очередь, обладает эффектом самоиндукции. Благодаря этому эффекту, происходит частичный возврат электричества обратно в сеть. Возвращаемая энергия характеризуется небольшим смещением в параметрах напряжения и тока, оказывая негативное влияние на электрическую сеть в виде дополнительных перегрузок.

Такие же свойства имеют и конденсаторы из-за своей электрической емкости, когда накопленный заряд отдается обратно. Здесь также смещаются значения тока и напряжения, только в противоположном направлении. Данная энергия индуктивности и емкости, со смещением по фазе относительно значений действующей электросети, как раз и есть реактивная электрическая мощность. Благодаря противоположному эффекту индуктивности и емкости в отношении сдвига фазы, становится возможным выполнить компенсацию реактивной мощности, повышая, тем самым, эффективность и качество электроснабжения.

По какой формуле вычисляется мощность электрического тока

Правильное и точное решение вопроса чему равна мощность электрического тока, играет решающую роль в деле обеспечения безопасной эксплуатации электропроводки, предупреждения возгораний из-за неправильно выбранного сечения проводов и кабелей. Мощность тока в активной цепи зависит от силы тока и напряжения. Для измерения силы тока существует прибор – амперметр. Однако не всегда возможно воспользоваться этим прибором, особенно когда проект здания еще только составляется, а электрической цепи просто не существует. Для таких случаев предусмотрена специальная методика проведения расчетов. Силу тока можно определить по формуле при наличии значений мощности, напряжения сети и характера нагрузки.

Существует формула мощности тока, применительно к постоянным значениям силы тока и напряжения: P = U x I. При наличии сдвига фаз между силой тока и напряжением, для расчетов используется уже другая формула: P = U x I х cos φ. Кроме того, мощность можно определить заранее путем суммирования мощности всех приборов, которые запланированы к вводу в эксплуатацию и подключению к сети. Эти данные имеются в технических паспортах и руководствах по эксплуатации устройств и оборудования.

Таким образом, формула определения мощности электрического тока позволяет вычислить силу тока для однофазной сети: I = P/(U x cos φ), где cos φ представляет собой коэффициент мощности. При наличии трехфазной электрической сети сила тока вычисляется по такой же формуле, только к ней добавляется фазный коэффициент 1,73: I = P/(1,73 х U x cos φ). Коэффициент мощности полностью зависит от характера планируемой нагрузки. Если предполагается использовать лишь лампы освещения или нагревательные приборы, то он будет составлять единицу.

При наличии реактивных составляющих в активных нагрузках, коэффициент мощности уже считается как 0,95. Данный фактор обязательно учитывается в зависимости от того, какой тип электропроводки используется. Если приборы и оборудование обладают достаточно высокой мощностью, то коэффициент составит 0,8. Это касается сварочных аппаратов, электродвигателей и других аналогичных устройств.

Для расчетов при наличии однофазного тока значение напряжения принимается 220 вольт. Если присутствует трехфазный ток, расчетное напряжение составит 380 вольт. Однако с целью получения максимально точных результатов, необходимо использовать в расчетах фактическое значение напряжения, измеренное специальными приборами.

От чего зависит мощность тока

Мощность тока, различных приборов и оборудования зависит сразу от двух основных величин – силы тока и напряжения. Чем выше ток, тем больше значение мощности, соответственно, при повышении напряжения, мощность также возрастает. Если напряжение и сила тока увеличиваются одновременно, то мощность электрического тока будет возрастать как произведение той и другой величины: N = I x U.

Очень часто возникает вопрос, в чем измеряется мощность тока? Основной единицей измерения этой величины является 1 ватт (Вт). Таким образом, 1 ватт является мощностью устройства, потребляющего ток силой в 1 ампер, при напряжении 1 вольт. Подобной мощностью обладает, например, лампочка от обычного карманного фонарика.

Расчетное значение мощности позволяет точно определить расход электрической энергии. Для этого необходимо взять произведение мощности и времени. Сама формула выглядит так: W = IUt где W является расходом электроэнергии, произведение IU – мощностью, а t – количеством отработанного времени. Например, чем больше продолжается работа электрического двигателя, тем большая работа им совершается. Соответственно возрастает и потребление электроэнергии.

Что такое напряжение, ток, сопротивление: разбираемся на примерах

Не имея определенных начальных знаний об электричестве, тяжело себе представить, как работают электрические приборы, почему вообще они работают, почему надо включать телевизор в розетку, чтобы он заработал, а фонарику хватает маленькой батарейки, чтобы он светил в темноте.

И так будем разбираться во всем по порядку.

Электричество

Электричество – это природное явление, подтверждающее существование, взаимодействие и движение электрических зарядов. Электричество впервые было обнаружено еще в VII веке до н.э. греческим философом Фалесом. Фалес обратил внимание на то, что если кусочек янтаря потереть о шерсть, он начинает притягивать к себе легкие предметы. Янтарь на древнегреческом – электрон.

Вот так и представляю себе, сидит Фалес, трет кусок янтаря о свой гиматий (это шерстяная верхняя одежда у древних греков), а затем с озадаченным видом смотрит, как к янтарю притягиваются волосы, обрывки ниток, перья и клочки бумаги.

Данное явление называется статическим электричеством. Вы можете повторить данный опыт. Для этого хорошенько потрите шерстяной тканью обычную пластмассовую линейку и поднесите ее к мелким бумажным кусочкам.

Следует отметить, что долгое время это явление не изучалось. И только в 1600 году в своем сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле» английский естествоиспытатель Уильям Гилберт ввел термин – электричество. В своей работе он описал свои опыты с наэлектризованными предметами, а также установил, что наэлектризовываться могут и другие вещества.

Далее на протяжении трех веков самые передовые ученые мира исследуют электричество, пишут трактаты, формулируют законы, изобретают электрические машины и только в 1897 году Джозеф Томсон открывает первый материальный носитель электричества – электрон, частицу, благодаря которой возможны электрические процессы в веществах.

Электрон – это элементарная частица, имеет отрицательный заряд примерно равный -1,602·10^-19 Кл (Кулон). Обозначается е или е^–.

Напряжение

Чтобы заставить перемещаться заряженные частицы от одного полюса к другому необходимо создать между полюсами разность потенциалов или – Напряжение. Единица измерения напряжения – Вольт (В или V). В формулах и расчетах напряжение обозначается буквой V. Чтобы получить напряжение величиной 1 В нужно передать между полюсами заряд в 1 Кл, совершив при этом работу в 1 Дж (Джоуль).

Для наглядности представим резервуар с водой расположенный на некоторой высоте. Из резервуара выходит труба. Вода под естественным давлением покидает резервуар через трубу. Давайте условимся, что вода – это

электрический заряд, высота водяного столба (давление) – это напряжение, а скорость потока воды – это электрический ток.

Таким образом, чем больше воды в баке, тем выше давление. Аналогично с электрической точки зрения, чем больше заряд, тем выше напряжение.

Начнем сливать воду, давление при этом будет уменьшаться. Т.е. уровень заряда опускается – величина напряжения уменьшается. Такое явление можно наблюдать в фонарике, лампочка светит все тусклее по мере того как разряжаются батарейки. Обратите внимание, чем меньше давление воды (напряжение), тем меньше поток воды (ток).

 

Электрический ток

Электрический ток – это физический процесс направленного движения заряженных частиц под действием электромагнитного поля от одного полюса замкнутой электрической цепи к другому. В качестве частиц, переносящих заряд, могут выступать электроны, протоны, ионы и дырки. При отсутствии замкнутой цепи ток невозможен. Частицы способные переносить электрические заряды существуют не во всех веществах, те в которых они есть, называются

проводниками и полупроводниками. А вещества, в которых таких частиц нет – диэлектриками.

Принято считать направление тока от плюса к минусу, при этом электроны движутся от минуса к плюсу!

Единица измерения силы тока – Ампер (А). В формулах и расчетах сила тока обозначается буквой I. Ток в 1 Ампер образуется при прохождении через точку электрической цепи заряда в 1 Кулон (6,241·10¹⁸ электронов) за 1 секунду.

 

Вновь обратимся к нашей аналогии вода – электричество. Только теперь возьмем два резервуара и наполним их равным количеством воды. Отличие между баками в диаметре выходной трубы.

Откроем краны и убедимся, что поток воды из левого бака больше (диаметр трубы больше), чем из правого.

Такой опыт – явное доказательство зависимости скорости потока от диаметра трубы. Теперь попробуем уравнять два потока. Для этого добавим в правый бак воды (заряд). Это даст большее давление (напряжение) и увеличит скорость потока (ток). В электрической цепи в роли диаметра трубы выступает сопротивление.

Проведенные эксперименты наглядно демонстрируют взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением. Подробнее о сопротивлении поговорим чуть позже, а сейчас еще несколько слов о свойствах электрического тока.

Если напряжение не меняет свою полярность, плюс на минус, и ток течет в одном направлении, то – это постоянный ток и соответственно постоянное напряжение. Если источник напряжения меняет свою полярность и ток течет то в одном направлении, то в другом – это уже

переменный ток и переменное напряжение. Максимальные и минимальные значения (на графике обозначены как Io) – это амплитудные или пиковые значения силы тока. В домашних розетках напряжение меняет свою полярность 50 раз в секунду, т.е. ток колеблется то туда, то сюда, получается, что частота этих колебаний составляет 50 Герц или сокращенно 50 Гц. В некоторых странах, например в США принята частота 60 Гц.

Сопротивление

Электрическое сопротивление – физическая величина, определяющая свойство проводника препятствовать (сопротивляться) прохождению тока. Единица измерения сопротивления – Ом (обозначается Ом или греческой буквой омега Ω). В формулах и расчетах сопротивление обозначается буквой R. Сопротивлением в 1 Ом обладает проводник к полюсам которого приложено напряжение 1 В и протекает ток 1 А.

Проводники по-разному проводят ток. Их проводимость зависит, в первую очередь, от материала проводника, а также от сечения и длины. Чем больше сечение, тем выше проводимость, но, чем больше длина, тем проводимость ниже. Сопротивление – это обратное понятие проводимости.

На примере водопроводной модели сопротивление можно представить как диаметр трубы. Чем он меньше, тем хуже проводимость и выше сопротивление.

Сопротивление проводника проявляется, например, в нагреве проводника при протекании в нем тока. Причем, чем больше ток и меньше сечение проводника – тем сильнее нагрев.

 

Мощность

Электрическая мощность – это физическая величина, определяющая скорость преобразования электроэнергии. Например, вы не раз слышали: «лампочка на столько-то ватт». Это и есть мощность потребляемая лампочкой за единицу времени во время работы, т.е. преобразовании одного вида энергии в другой с некоторой скоростью.

Источники электроэнергии, например генераторы, также характеризуется мощностью, но уже вырабатываемой в единицу времени.

Единица измерения мощности – Ватт (обозначается Вт или W). В формулах и расчетах мощность обозначается буквой P. Для цепей переменного тока применяется термин Полная мощность, единица измерения – Вольт-ампер (В·А или V·A), обозначается буквой S.

И в завершение про Электрическую цепь. Данная цепь представляет собой некоторый набор электрических компонентов, способных проводить электрический ток и соединенных между собой соответствующим образом.

Что мы видим на этом изображении – элементарный электроприбор (фонарик). Под действием напряжения U (В) источника электроэнергии (батарейки) по проводникам и другим компонентам обладающих разными сопротивлениями R (Ом) от плюса к минусу течет электрический ток I (А) заставляющий светиться лампочку мощностью P (Вт). Не обращайте внимания на яркость лампы, это из-за плохого давления и малого потока воды батареек.

Фонарик, что представлен на фотографии, собран на базе конструктора «Знаток». Данный конструктор позволяет ребенку в игровой форме познать основы электроники и принцип работы электронных компонентов. Поставляется в виде наборов с разным количеством схем и разного уровня сложности.

§ 13. Работа и мощность электрического тока

Электрическая энергия. В природе и технике непрерывно происходят процессы превращения энергии из одного вида в другой (рис. 30). В источниках электрической энергии различные виды энергии превращаются в электрическую энергию. Например, в электрических генераторах 1, приводимых во вращение каким-либо механизмом, происходит превращение в электрическую энергию механической, в термогенераторах 2 — тепловой, в аккумуляторах 9 при их разряде и гальванических элементах 10 — химической, в фотоэлементах 11 — лучистой.

Приемники электрической энергии, наоборот, электрическую энергию превращают в другие виды энергии — тепловую, механическую, химическую, лучистую и пр. Например, в электродвигателях 3 электрическая энергия превращается в механическую, в электронагревательных приборах 5 — в тепловую, в электролитических ваннах 8 и аккумуляторах 7 при их заряде — в химическую, в электрических лампах 6 — в лучистую и тепловую, в антеннах 4 радиопередатчиков — в лучистую.

Рис. 30. Пути превращения энергии из одного вида в другой

Мерой количества энергии является работа.

Работа W, совершаемая электрическим током за время t при известном напряжении U силе тока I, равна произведению напряжения на силу тока и на время его действия:

W = UIt (29)

Работа, совершаемая электрическим током силой 1 А при напряжении 1 В в течение 1 с, принята за единицу электрической энергии. Эта единица называется джоулем (Дж). Джоуль, который называют также ватт-секундой (Вт*с), — очень маленькая единица измерения, поэтому на практике для измерения электрической энергии приняты более крупные единицы — ватт-час (1 Вт*ч = 3600 Дж), киловатт-час (1 кВт*ч = 1000 Вт*ч = 3,6*10⁶ Дж), мегаватт-час (1 МВт*ч=1000 кВт*ч=3,6*10⁹ Дж).

Электрическая мощность. Энергия, получаемая приемником или отдаваемая источником тока в течение 1 с, называется мощностью. Мощность Р при неизменных значениях U и I равна произведению напряжения U на силу тока I:

P = UI (30)

Используя закон Ома для определения силы тока и напряжения в зависимости от сопротивления R и проводимости G, можно получить и другие выражения для мощности. Если заменить в формуле (30) напряжение U=IR или силу тока I=U/R=UG, то получим

P = I²R (31)

или

P = U²/R = U²G (32)

Следовательно, электрическая мощность равна произведению квадрата силы тока на сопротивление, или электрическая мощность квадрату напряжения, поделенному на сопротивление, либо квадрату напряжения, умноженному на проводимость.

Мощность, которая создается силой тока 1 А при напряжении 1 В, принята за единицу измерения мощности и называется ватт (Вт). В технике мощность измеряют более крупными единицами: киловаттами (1 кВт =1000 Вт) и мегаваттами (1 МВт=1 000 000 Вт).

Потери энергии и коэффициент полезного действия. При превращении электрической энергии в другие виды энергии или наоборот не вся энергия превращается в требуемый вид энергии, часть ее непроизводительно затрачивается (теряется) на преодоление трения в подшипниках машин, нагревание проводов и пр. Эти потери энергии неизбежны в любой машине и любом аппарате.

Отношение мощности, отдаваемой источником или приемником электрической энергии, к получаемой им мощности, называется коэффициентом полезного действия источника или приемника. Коэффициент полезного действия (к. п. д.)

? = P₂/P₁ = P₂/(P₂ + ?P) (33)

где

Р₂ — отдаваемая (полезная) мощность;
Р₁ — получаемая мощность;
?Р — потери мощности.

К. п. д. всегда меньше единицы, так как в любой машине и любом аппарате имеются потери энергии. Иногда к. п. д. выражают в процентах. Так, тяговые двигатели электровозов и тепловозов имеют к. п. д. 86—92 %, мощные трансформаторы — 96—98 %, тяговые подстанции — 94—96 %, контактная сеть электрифицированных железных дорог — около 90 %, генераторы тепловозов — 92—94 %.
Рассмотрим в качестве примера распределение энергии в электрической цепи (рис. 31). Генератор 1, питающий эту цепь, получает от первичного двигателя 2 (например, дизеля) механическую мощность Р_mx = 28,9 кВт, а отдает электрическую мощность Р_эл = 26 кВт (2,9 кВт составляют потери мощности в генераторе). Поэтому он имеет к. п. д. ?_ген = Р_эл/Р_mx = 26/28,9 = 0,9.

Мощность Р_эл = 26 кВт, отдаваемая генератором, расходуется на питание электрических ламп (6 кВт), на нагрев электрических плиток (7,2 кВт) и на питание электродвигателя (10,8 кВт). Часть мощности ?P_пр = 2 кВт теряется на бесполезный нагрев проводов, соединяющих генератор с потребителями.

Рис. 31. Схема преобразования энергии в электрической цепи

В каждом приемнике электрической энергии также имеют место потери мощности. В электрическом двигателе 3 потери мощности составляют 0,8 кВт (он получает из сети мощность 10,8 кВт, а отдает только 10 кВт), поэтому к. п. д. ?дв = 10/10,8 = 0,925. Из мощности 6 кВт, полученной лампами, лишь незначительная часть идет на Создание лучистой энергии, большая часть ее бесполезно рассеивается в виде тепла. В электрической плитке на нагрев пищи расходуется не вся полученная мощность 7,2 кВт, так как часть созданного ею тепла рассеивается в окружающем пространстве. При рассмотрении электрических цепей наряду с определением токов и напряжений, действующих на отдельных участках, необходимо определять и передаваемую по ним мощность. При этом должен соблюдаться так называемый энергетический баланс мощностей. Это означает, что мощность, получаемая каким-либо устройством (источником тока или потребителем) или участком электрической цепи, должна быть равна сумме отдаваемой ими мощности и потерь мощности, которые возникают в данном устройстве или участке цепи.

Как определить мощность и потребляемый ток электродвигателя

Все электрические двигатели выпускаются с табличками на корпусе, из которых можно узнать основные характеристики электродвигателя: его марку, потребляемый номинальный рабочий ток и мощность, частоту вращения, тип двигателя, КПД и cos(fi). Так же эти данные указаны в паспорте к устройству.

Из всех параметров наиболее важное значение для подключения имеют: мощность электродвигателя и потребляемый ток, не стоит его путать с пусковым. Именно эти данные позволяют нам определить достаточность мощности для привода, необходимое сечение кабеля для подключения мотора и подобрать подходящие по номиналу для защиты автомат и тепловое реле.

Но бывает, что нет паспорта или таблички и для определения этих величин необходимо будет сделать измерения. Как узнать мощность,  рабочий ток и снизить пусковой, Вы узнаете далее из этой статьи.

Как определить мощность электродвигателя

Проще всего посмотреть на табличку и найти величину в киловаттах. Например, на картинке она равна 45 кВт.Учтите, что эта величина на табличке указывает на потребляемую активную мощность из электросети. Полная же мощность будет равна сумме активной и реактивной мощности. Электрические счетчики в доме или гараже считают только расход активной электроэнергии, а учет реактивной энергии ведется только на предприятиях при помощи специальных счетчиков. Чем выше у электродвигателя cos(fi), тем меньше будет составляющая реактивной энергии в полной мощности. Не стоит путать cos(fi) с КПД. Этот показатель показывает сколько электроэнергии переводится в полезную механическую работу, а сколько в бесполезное тепло. Например, КПД равный 90 процентам, говорит о том, что десятая часть потребленной электроэнергии уходит на тепловые потери и трение в подшипниках.

Вы должны иметь ввиду, что в паспорте или на табличке указывается номинальная мощность, которая будет равна этому значению только при условии достижения оптимальной нагрузки на вал. При чем перегружать не стоит вал по целому ряду причин, лучше выбрать по мощнее мотор. На холостом ходу величина тока будет гораздо ниже номинала.

Как же определить номинальную мощность электродвигателя? В интернете Вы найдете много различных формул и расчетов. Для некоторых необходимо помереть размеры статора, для других формул понадобится знать величину тока, КПД и cos(fi). Мой совет не заморачивайтесь со всем этим. Лучше этих расчетов все равно будут практические измерения. И для их проведения ничего не понадобится вообще.

Как определить мощность любого электроприбора в доме или гараже? Конечно с помощью счетчика электроэнергии. Перед началом измерения отключите все электроприборы из розеток, освещение и все то, что подключено от электрощита.

Далее если у Вас электронный счетчик типа Меркурий, все очень просто надо включить мотор под нагрузкой и погонять минут 5. На электронном табло должна высветится величина нагрузки в кВт, подключенная к счетчику в данный момент.

Если же у вас дисковый индукционный счетчик учитывайте, что он учет ведет в киловатт/часах. Запишите перед началом измерений последние показатели, включайте двигатель строго секунда в секунду ровно на 10 минут, затем после остановки отнимите новые показания от предыдущих и умножайте кВт\ч на 6. Полученный результат и будет активной мощностью данного двигателя в Киловаттах, для перевода в Ватты разделите на 1000. Рекомендую прочитать статью: как снимать показания электросчетчика.

Если двигатель маломощный, тогда для более высокой точности можно посчитать обороты диска. Например, за одну минуту он сделал 10 полных оборотов, а на счетчике написано 1200 оборотов= 1 кВт/ч. 10 умножаем на количество минут в часе и получаем 600 оборотов за час. 1200 делим на 600 и получаем 500 Ватт или 0.5 кВт. Чем дольше по времени будете измерять, тем точнее будут данные. Но время всегда должно быть кратно полной минуте. Затем делим 60 на количество минут измерения и умножаем на сосчитанные обороты. После этого величину оборотов, равных одному Киловатт/часу для вашей модели электросчетчика делим на полученный результат и получаем необходимую величину мощности.

Как определить потребляемый ток электродвигателя

Зная мощность, легко можно высчитать величину потребляемого тока. Для 3 фазных двигателей, подключенных по схеме звезда на 380 Вольт, необходимо умножить мощность в киловаттах на 2. Например, при мощности 5 киловатт ток будет равен 10 Ампер. Опять же учитывайте, что такой ток мотор будет брать только под нагрузкой максимально близкой к номиналу. Полунагруженный электродвигатель и тем более на холостом ходу будет потреблять значительно меньший ток.

Для определения тока в однофазных сетях, необходимо мощность разделить на напряжение. Например, при работе двигателя напряжение в месте его подключения равно 230 Вольт. Это важно так, как после включения нагрузки напряжение скорее всего понизится в месте подключения электродвигателя.

Если например, мощность мотора на 220 Вольт по измерениям оказалась равной 1.5 кВт или 1500 Ватт. Делим 1500 на 230 Вольт и получаем, что рабочий ток двигателя приблизительно равен 6.5 Ампер.

Пусковой ток электродвигателя

При запуске любого типа электродвигателя возникает пусковой ток от 2 до 8 кратного значению номинального тока в рабочем режиме электродвигателя. Величина пускового тока зависит от типа двигателя, скорости вращения, схемы подключения, наличие нагрузки на валу и от других параметров.

Пусковой ток возникает, потому что в момент запуска наводится очень сильное магнитное поле в обмотках необходимое, что бы сдвинуть с места и раскрутить ротор. При включении мотора сопротивление обмоток мало, а следовательно по закону Ома, ток вырастает при неизменном напряжении в участке цепи. По мере того как двигатель раскручивается, возникает в обмотках ЭДС или индуктивное сопротивление и ток начинает уменьшаться до номинального значения.

Эти всплески реактивной энергии негативно сказываются на работе других электропотребителей, подключенных к этой же линии электропитания, что служит причиной возникновения особенно губительных для электроники скачков или перепадов напряжения.

Снизить вдвое пусковой ток можно при использовании специально разработанного для этих целей тиристорного блока, а лучше при помощи устройства плавного запуска (УПЗ). УПЗ с меньшим пусковым током и быстрее в полтора раза запускает мотор по сравнению с тиристорным запуском.   Устройства плавного запуска подходят как к синхронным, так и к асинхронным двигателям. УПЗ выпускаются предприятиями Украины и России.

Для запуска трехфазного асинхронного двигателя сегодня нередко используются и преобразователя частоты. Широкое их распространение пока сдерживает только цена. Благодаря изменению величин частоты тока и напряжения удается не только сделать плавный запуск, но и регулировать скорость вращения ротора. По другому как только изменением частоты электрического тока, регулировать скорость вращения асинхронного двигателя нет возможности. Но следует знать, что частотный преобразователь создает помехи в электросети, поэтому для подключения электроники и бытовой техники используйте сетевой фильтр.

Использование устройства плавного запуска и частотного преобразователя позволяет не только сохранить стабильность электропитания у Вас и Ваших соседей, подключенных к одной линии электроснабжения, но и продлить срок службы электродвигателей.

Пусковые токи

Пусковые токи

Вы хотите, чтобы стабилизатор напряжения, источник бесперебойного питания или генератор служили безотказно? Тогда эта статья будет для вас полезна.

Одна из основных характеристик бытовых приборов — электрическая мощность на выходе. Она отражает возможность питания подключённой нагрузки. Для правильного выбора стабилизатора напряжения переменного тока, ИБП или генератора нужно знать мощность устройства. Для ее расчета следует подсчитать сумму электрической мощности всех приборов, которые могут быть единовременно подключены.

Одно из основных условий долгой и стабильной работы стабилизатора, генератора и ИБП: мощность техники не должна превышать их возможности по выходной мощности. Лучше, чтобы суммарная электрическая мощность электроприборов, которые функционируют одновременно, была на 20 % меньше выходной мощности питающего прибора. Чем меньше стабилизатор или ИБП работает с перегрузкой, тем дольше он служит.

В расчете суммарной мощности и состоит основная трудность. В паспорте любого устройства указана мощность в кВт. Вроде бы всё просто: нужно сложить мощность приборов. Но в этом кроется основная ошибка. Приборы, в конструкции которых есть электродвигатели, насосы или компрессоры, в момент запуска дают нагрузку на сеть, превышающую номинал в 2–7 раз. Такое явление обусловлено наличием пусковых токов. Это же правило относится к приборам, в состав которых входят инерционные компоненты или элементы, физические свойства которых в момент запуска отличаются от их обычных значений при эксплуатации. Классический пример — изменение сопротивления у обыкновенной лампы накаливания. В конструкции таких ламп есть вольфрамовая нить, при включении электрическое сопротивление вольфрама меньше (нить холодная), чем при работе. Сопротивление увеличивается с ростом температуры, следовательно, при включении лампы её мощность намного больше, чем во время работы. При включении лампы накаливания присутствуют пусковые токи.

Мощность любого прибора рассчитается как произведение напряжения (в вольтах) и силы тока (в амперах). По мере увеличения силы тока растет мощность, а значит, возрастает нагрузка на стабилизатор, генератор и источник питания. Определение пусковых токов можно сформулировать так: электроприборы или их элементы, имеющие инерционные свойства, в момент запуска дают большую нагрузку на электрическую сеть или питающий прибор, чем в процессе работы.

Значение пусковых токов зависит не только от усилия по раскрутке ротора двигателя или насоса до номинальных оборотов, но и от изменения сопротивления проводника. Чем меньше сопротивление, тем больше величина силы тока, который может протекать по нему. При нагреве уменьшается сопротивление и снижается возможность проводника пропускать большие токи.

Помимо вращающего момента и электросопротивления дополнительную электрическую мощность в момент старта прибору придаёт индуктивная мощность. В момент включения люминесцентной лампы у индуктивной катушки сопротивление мало. Также действует мощность для поджига разряда, что увеличивает силу тока.

Влияние пусковых токов особенно важно для стабилизаторов напряжения и источников бесперебойного питания on-line типа. Стабилизаторы работают в одном из двух режимов работы: номинальном или предельном.

В номинальном режиме работы сохраняется мощность, но при ухудшении качества электроснабжения в сети наблюдается очень низкое или, напротив, очень высокое напряжение. В таком случае стабилизатор переходит в предельный режим работы, его выходная мощность снижается примерно на 30 %. Если при этом происходит перегрузка по пусковым токам, то он выключится, сработает система защиты. Если это будет повторяться часто, срок службы качественного стабилизатора будет небольшим (что уж говорить о китайской технике).

С ИБП типа on-line дела обстоят сложнее. Если на такой прибор дается нагрузка, превышающая номинальную (а у пусковых токов очень большая скорость, и они проходят любую защиту), предохранители не успевают сработать, и источник питания может сгореть. Это негарантийный случай и ремонт будет стоить значительных средств.

Единственный вид ИБП, который может выдерживать пусковые токи, в 2–3 раза превышающие номинал, — системы резервного электропитания линейно-интерактивного типа. Максимальные пусковые токи дают компрессоры холодильников (однокамерные — до 1 кВт, двухкамерные — до 1,8 кВт), а также глубинные насосы. Их мощность во время запуска превышает номинал в 5–7 раз. Самый маленький коэффициент запуска (равный 2) отмечается у насосов Grundfos с системой плавного пуска.

При выборе источников электроснабжения или стабилизатора напряжения нужно учитывать временной фактор влияния пусковых токов. При первом включении стабилизатора или генератора все электроприборы начнут работу одновременно и суммарная нагрузка будет большая. При дальнейшей работе потребитель должен оценить вероятность одновременного запуска приборов с большими пусковыми токами (к примеру, холодильника, насоса и стиральной машины). Если стабилизатор или ИБП имеет небольшую мощность, то следует самостоятельно контролировать включение техники с пусковыми токами.

Выводы:

• При подсчёте суммарной мощности электротехники мощность приборов с пусковыми токами нужно рассчитывать не по номиналу, а с учётом пусковых токов (в Вт либо в А).
• Пусковые токи даёт техника, в конструкции которой есть электродвигатель, насос, компрессор, нить накаливания или катушка индуктивности.
• Чем хуже напряжение в магистральном проводе (ниже 150 В или выше 250 В), тем более высокий номинал должен быть у стабилизатора или ИБП (примерно на 30 % больше суммарной мощности работающей техники).

Пусковые токи можно ассоциировать с началом движения велосипеда: в момент начала движения нужно большое усилие, чтобы раскрутить колёса, но когда велосипед приходит в движение, требуется меньше сил для поддержания скорости.

Примеры номинальной мощности и мощности при запуске бытовой техники

Тип техники	Номинальная мощность, Вт	Продолжительность пусковых токов, с	Коэффициент во время начала работы	Пример модели стабилизатора, ВА	Пример модели ИБП
Холодильник	250–350	4	3	«Штиль» R1200  / Progress 1500T	N-Power Pro-Vision Black M 3000 LT
Стиральная машина	2500	1–3	3-5	Progress 3000T
Микроволновая печь	1600		2	«Штиль» R2000
Кондиционер	2500–3000	1–3	3-5	Progress 5000L
Пылесос	1500	2	1.2–1.5	Progress 3000T
Кухонный комбайн	1500–2000	2–4	7	Progress 2000T
Посудомоечная машина	2200	1–3	3	Progress 3000L
Погружные скважинные насосы, глубинные насосы	500–1000	2	3–7	Progress 3000L	ДПК-1/1-3-220-М
Циркуляционные насосы	80–100	1–7	2–4	«Штиль» R 600 ST	Inelt Intelligent 500LT2
Лампа накаливания	100	0,15	5–13	высокоточная серия L

В таблице не отражены точные значения электрических приборов, предоставлены лишь ориентировочные цифры для понимания алгоритма выбора стабилизатора напряжения и ИБП.

Constant-Current — Электрический ток в физике

Электрическая энергия легко преобразуется в другие виды энергии — механическую, химическую, световую, внутреннюю энергию вещества, что широко применяется в промышленности и в быту.

Мерой изменения энергии электрического тока служит работа источника тока, создающего и поддерживающего электрическое поле в цепи.

Стационарное электрическое поле, перемещающее заряды по проводнику, совершает работу. Эту работу называют работой тока. Работа электрического тока на участке цепи, как следует из определения напряжения,

где q — электрический заряд, проходящий по участку цепи, а U — напряжение на участке.

Учитывая, что q = It, где I — сила тока в проводнике, а t — время прохождения электрического тока, для работы тока получим

Если R — сопротивление однородного участка цепи, то, используя закон Ома для участка цепи, можно получить формулу для расчета работы тока:

Если участок цепи не является однородным, то работу совершает не только стационарное электрическое поле, но и сторонние силы, и полная работа определяется по формуле

По вышеприведенным формулам можно рассчитать полную работу тока на данном участке цепи.

Если в цепи есть электродвигатель, то энергия электрического тока, во-первых, расходуется на совершение механической работы — полезная работа Ameh, во-вторых, затрачивается на нагревание обмоток электродвигателя и соединительных проводов — теряемая энергия. В этом случае коэффициент полезного действия можно рассчитать как

Говоря о коэффициенте полезного действия источника тока, под полезной работой подразумевают работу, совершаемую во внешней цепи постоянного тока:

Затраченная же работа источника тока равна работе сторонних сил:

где .

Тогда .

КПД источника , где U — напряжение во внешней цепи (напряжение на полюсах источника тока). Графическая зависимость η = f(R) при r = const приведена на рис. 1.

Рис. 1

Единица работы электрического тока в СИ — джоуль (Дж). 1 Дж представляет работу тока, эквивалентную механической работе в 1 Дж. 1 Дж = Кл·В = А·В·с.

Измеряют работу электрического тока счетчиками.

Скорость совершения работы тока на данном участке цепи характеризует мощность тока. Мощность тока определяют по формуле или P = IU.

Используя закон Ома для участка цепи, можно записать иначе формулу для мощности тока: . В этом случае речь идет о тепловой мощности.

Единица мощности тока — ватт: 1 Вт = Дж/с. Отсюда Дж = Вт·с.

Кроме того, применяют внесистемные единицы: киловатт-час или гектоватт-час: 1 кВт·ч = 3,6·106 Дж = 3,6 МДж; 1 гВт·ч = 3,6·105 Дж = 360 кДж.

Для измерения мощности тока существуют специальные приборы — ваттметры.

переменного тока против мощности постоянного тока и война токов

Многие из нас не понимают, как работает электричество. Достаточно того, что работает — вы включаете выключатель, и в комнате загорается свет. Поэтому может показаться удивлением узнать, что на самом деле существует два разных вида электричества, которые мы используем для питания многих устройств в нашей жизни. Они известны как переменный и постоянный ток или переменный и постоянный ток (не рок-группа 70-х годов).

Проще говоря, постоянный ток течет только в одном направлении, а переменный ток течет вперед и назад. Например, фонарик работает на постоянном токе, а заряд идет от аккумулятора и питает лампочку. С другой стороны, потолочный светильник в вашем доме использует переменный ток, полярность которого постоянно меняется, поскольку он проходит через электрическую систему вашего дома.

Но зачем нам два разных типа электричества и как были разработаны эти дуэльные системы? Ответ кроется в ожесточенном соперничестве между парой самых известных изобретателей в американской истории.

Истоки постоянного тока

До 1870-х годов люди полагались на газовые лампы, свечи или фонари, чтобы освещать свое окружение в ночное время. Были достигнуты успехи в элементарных батареях и электрическом освещении, но ничего достаточно практичного для повседневного использования. Все изменилось, когда Томас Эдисон изобрел лампу накаливания в 1879 году, которая была намного надежнее, чем все, что было раньше.

С появлением электрических лампочек появилась возможность снабжать электроэнергией дома и даже целые города, и Эдисон стремился захватить растущий рынок.Его лампы работали от постоянного тока, вырабатываемого электростанциями, известными как динамо-машины, которые использовали паровые двигатели для выработки электричества. Изобретатель возглавил создание многочисленных электростанций постоянного тока в Нью-Йорке в 1880-х годах через свою компанию Edison Electric, предшественницу General Electric.

Электрическое освещение в домах и на предприятиях было откровением, но использование электричества постоянного тока имело свои недостатки. Электроэнергия поступала непосредственно от генерирующего объекта на 110 вольт, и могла пройти около мили или около того, прежде чем она потеряла слишком много напряжения.Это означало, что для строительства электростанций в городе будет использовано много ценной недвижимости, а сельские общины вообще не попадут в энергетическую революцию.

Повышение переменного тока

У одного из сотрудников Эдисона, молодого человека по имени Николай Тесла, возникла идея устранить некоторые недостатки постоянного тока. Тесла изобрел двигатель, вырабатывающий переменный ток. Переменный ток вырабатывается, что вполне уместно, с помощью генератора переменного тока, который вращает магнит внутри катушки с проводом, который создает электричество с постоянно меняющейся полярностью, когда провод взаимодействует с чередующимися сторонами магнитного поля.

Помимо самой новой формы электричества, ключом к идее Теслы были трансформаторы или катушки разных размеров для изменения напряжения электричества. Благодаря мощности трансформаторов переменный ток стал выгодным для крупномасштабной генерации и распределения, потому что чем выше напряжение, тем эффективнее передача. Линии высокого напряжения слишком опасны для проникновения в здание, но с помощью трансформатора напряжение можно снизить до более безопасного уровня по мере приближения к конечному пункту назначения — домам и офисам.

Напряжение постоянного тока было нелегко изменить, поэтому оно оказалось гораздо менее полезным для масштабных операций, так как вам остается выбор либо передавать при низком, неэффективном напряжении, либо отправлять опасно высокие уровни напряжения в дома людей. .

Война токов

Несмотря на обещание, проявленное изобретениями Теслы, Эдисон не был заинтересован в содействии развитию технологии, поэтому Тесла ушел, чтобы начать действовать самостоятельно. Результатом стал ряд патентов, которые он продал в 1888 году Джорджу Вестингаузу, основателю Westinghouse Electric Company.

Компании Westinghouse и Эдисона яростно боролись за прибыльные права на электрификацию американских городов в соревновании, получившем название «Война течений». Эдисон начал кампанию по лоббированию, которая пропагандировала опасность переменного тока в попытке предотвратить распространение изобретения Теслы. Чтобы продемонстрировать, что кондиционер может быть смертельным, сотрудники Эдисона изобрели электрический стул переменного тока, который использовался в штате Нью-Йорк для казни осужденных заключенных.Эдисон даже публично продемонстрировал, как убивал бездомных животных электрическим током, используя переменный ток, в своих попытках увести публику от конкурирующей системы.

Конкуренция достигла апогея на Всемирной выставке 1893 года в Чикаго, когда Tesla выиграла контракт на поставку электроэнергии. Решающий удар был нанесен три года спустя, когда Джордж Вестингауз использовал Ниагарский водопад для питания генератора переменного тока, который в 1896 году доставил электричество в Буффало за 26 миль. Таким образом, переменный ток доказал свою полезность и продолжил доминировать в электроэнергетическом секторе, когда появился свет. в домах по всей территории Соединенных Штатов в надежные годы и десятилетия.

Производство переменного и постоянного тока сегодня

В последние десятилетия технология генерации и передачи постоянного тока высокого напряжения, или HVDC, появилась на рынке, и в некоторых случаях работает более эффективно, чем переменный ток, но переменный ток по-прежнему является подавляющим победителем в электрической сети.

Большинство типов электростанций спроектированы на основе тех же основных принципов, что и генератор переменного тока Теслы, создавая переменный ток с помощью вращающегося магнитного поля.Угольные, газовые и атомные электростанции работают за счет нагрева воды и использования пара для вращения генератора, в то время как гидроэлектростанции и ветряные электростанции используют энергию природы для непосредственного вращения турбин.

Солнечные панели, напротив, вырабатывают постоянный ток. Если электричество подается в сеть или для питания электрической системы дома, его необходимо сначала преобразовать в переменный ток с помощью инвертора. В остальном наиболее распространенными источниками питания постоянного тока являются батареи. Соответственно, постоянный ток намного легче хранить, поэтому, поскольку крупномасштабные аккумуляторные батареи быстро распространяются вместе с производством возобновляемой энергии, у постоянного тока есть еще одна возможность закрепиться в электрической сети.

По высоковольтным линиям электропередачи обычно подается электричество переменного тока с напряжением около 345 000 вольт, а по местным линиям электропередачи — около 13 800 вольт, что по-прежнему чрезвычайно опасно для любого, кто вступает в контакт. К тому времени, как он достигнет вашего дома, напряжение понижается с помощью трансформаторов до 120–240 вольт, чтобы вы могли безопасно питать свои электрические устройства и приборы.

Что для вас означают разные типы тока

Как переменный, так и постоянный ток играют важную роль в среднем домохозяйстве.Бытовая техника в вашем доме, например, холодильник, стиральная и посудомоечная машины, используют переменный ток. В домах, которые не подключены к газу, большинство печей, водонагревателей, духовок и сушилок также работают от переменного тока.

Но у постоянного тока есть свои применения. Переменная часть переменного тока происходит быстро — в Соединенных Штатах электроны меняют направление 60 раз в секунду, также известное как 60 Гц. Однако, несмотря на то, что изменение происходит так быстро, каждый раз, когда ток меняет направление, возникают крошечные потери мощности.Это не проблема для лампочек или других приборов, которые рассчитаны на использование переменного тока, но современная чувствительная электроника не справляется даже с неизмеримо короткими перерывами в подаче электроэнергии.

Вот почему многие новые устройства, такие как зарядные устройства для сотовых телефонов, компьютеры и телевизоры, используют постоянный ток, используя адаптеры питания для преобразования переменного тока, поступающего из настенных розеток. Рынок постоянного тока будет продолжать расширяться за счет электромобилей, которые работают на постоянном токе от своих батарей.

Следовательно, хотя Война Токов, возможно, закончилась более 100 лет назад, конкуренция между переменным и постоянным током за власть в нашей повседневной жизни продолжается.

Атомная Энергия сегодня | Ядерная энергия

(обновлено в марте 2021 г.)

• Первые коммерческие атомные электростанции начали работать в 1950-х годах.
• Ядерная энергия в настоящее время обеспечивает около 10% мировой электроэнергии примерно за счет 440 энергетических реакторов.
• Атомная энергия — второй по величине источник низкоуглеродной энергии в мире (29% от общего количества в 2018 году).
• Более 50 стран используют ядерную энергию примерно в 220 исследовательских реакторах. Помимо исследований, эти реакторы используются для производства медицинских и промышленных изотопов, а также для обучения.

Ядерная технология использует энергию, выделяемую при расщеплении атомов определенных элементов. Впервые он был разработан в 1940-х годах, а во время Второй мировой войны исследования первоначально были сосредоточены на производстве бомб.В 1950-х годах внимание обратилось на мирное использование ядерного деления, контролируя его для производства электроэнергии. Для получения дополнительной информации см. Страницу «История ядерной энергии».

Гражданская ядерная энергетика сегодня может похвастаться более чем 18 000 реакторно-летним опытом, а атомные электростанции работают в 31 стране мира. Фактически, благодаря региональным сетям электропередач, многие другие страны частично зависят от ядерной энергии; Например, Италия и Дания получают почти 10% электроэнергии за счет импорта ядерной энергии.

Когда в 1960-х годах зародилась коммерческая атомная промышленность, между отраслями Востока и Запада существовали четкие границы. Сегодня разделенных американской и советской сфер больше не существует, и ядерная промышленность характеризуется международной торговлей. Компоненты строящегося сегодня в Азии реактора могут поставляться из Южной Кореи, Канады, Японии, Франции, Германии, России и других стран. Точно так же уран из Австралии или Намибии может попасть в реактор в ОАЭ, после конверсии во Франции, обогащения в Нидерландах, деконверсии в Великобритании и производства в Южной Корее.

Использование ядерных технологий выходит далеко за рамки производства низкоуглеродной энергии. Он помогает контролировать распространение болезней, помогает врачам в диагностике и лечении пациентов, а также обеспечивает выполнение наших самых амбициозных миссий по исследованию космоса. Такое разнообразное использование ставит ядерные технологии в центр мировых усилий по достижению устойчивого развития. Для получения дополнительной информации см. Страницу «Ядерная энергия и устойчивое развитие».

Количество действующих реакторов в мире

Около 10% мировой электроэнергии вырабатывается примерно 440 ядерными энергетическими реакторами.Еще около 50 реакторов находятся в стадии строительства, что эквивалентно примерно 15% существующей мощности.

В 2019 году атомные станции поставили 2657 ТВтч электроэнергии по сравнению с 2563 ТВтч в 2018 году. Это седьмой год подряд, когда мировая атомная генерация растет, при этом выработка на 311 ТВтч выше, чем в 2012 году.

Производство атомной энергии

Мировое производство электроэнергии по источникам 2018

Двенадцать стран в 2019 году произвели не менее четверти своей электроэнергии на атомной электростанции.Франция получает около трех четвертей своей электроэнергии от ядерной энергетики, Словакия и Украина получают более половины от атомной энергии, в то время как Венгрия, Бельгия, Швеция, Словения, Болгария, Швейцария, Финляндия и Чехия получают одну треть или более. Южная Корея обычно получает более 30% электроэнергии от ядерной энергетики, в то время как в США, Великобритании, Испании, Румынии и России около одной пятой электроэнергии приходится на атомную электростанцию. Япония привыкла полагаться на ядерную энергию для получения более четверти своей электроэнергии, и ожидается, что она вернется примерно к этому уровню.

Производство атомной энергии по странам 2019

Атомная энергия и Covid-19

Коронавирусная болезнь 2019 (Covid-19) — это инфекционное заболевание, вызываемое тяжелым острым респираторным синдромом, вызванным коронавирусом 2 (SARS-CoV-2). Распространение нового коронавируса потребовало решительных действий во всех сферах жизни во всем мире.

Обеспечение надежного электроснабжения жизненно важно. Ядерная энергия обеспечивает около 10% мировой электроэнергии, поэтому ядерные реакторы должны играть ключевую роль.Операторы реакторов предприняли шаги для защиты своих сотрудников и внедрили планы обеспечения непрерывности бизнеса, чтобы обеспечить непрерывное функционирование ключевых аспектов своей деятельности. Эти действия более подробно описаны на нашей специальной информационной странице о коронавирусе COVID-19 и ядерной энергии.

Помимо выработки электроэнергии, ядерные технологии имеют медицинское применение, которое поможет в борьбе с Covid-19. Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) предоставляет диагностические наборы, оборудование и обучение методам обнаружения ядерного происхождения странам, обращающимся за помощью в борьбе с глобальным распространением нового коронавируса, вызывающего Covid-19.

Потребность в новых генерирующих мощностях

Существует очевидная потребность в новых генерирующих мощностях по всему миру, как для замены старых установок, работающих на ископаемом топливе, особенно угольных, которые выделяют много углекислого газа, так и для удовлетворения возросшего спроса на электроэнергию во многих странах. В 2018 году 64% электроэнергии было произведено за счет сжигания ископаемого топлива. Несмотря на решительную поддержку и рост возобновляемых источников электроэнергии в последние годы, вклад ископаемого топлива в производство электроэнергии практически не изменился за последние 10 лет или около того (66.5% в 2005 г.).

Международное энергетическое агентство ОЭСР ежегодно публикует сценарии, связанные с энергетикой. В документе World Energy Outlook 2020 ¹ содержится амбициозный «Сценарий устойчивого развития», который, среди прочего, соответствует обеспечению чистой и надежной энергии и сокращению загрязнения воздуха. В этом сценарии декарбонизации производство электроэнергии на атомных станциях увеличится почти на 55% к 2040 году до 4320 ТВтч, а мощность вырастет до 599 ГВт. Всемирная ядерная ассоциация выдвинула более амбициозный сценарий, чем этот — программа Harmony предлагает добавить к 2050 году новые ядерные мощности на 1000 ГВт, чтобы обеспечить 25% электроэнергии (около 10 000 ТВт-ч) из 1250 ГВт-ч мощности (после разрешения на пенсию).Это потребует добавления 25 ГВт в год с 2021 года с увеличением до 33 ГВт в год, что не сильно отличается от 31 ГВт, добавленного в 1984 году, или общего рекорда в 201 ГВт в 1980-х годах. Обеспечение четверти мировой электроэнергии за счет ядерной энергетики существенно снизит выбросы углекислого газа и улучшит качество воздуха.

Обзор мира

Все части мира участвуют в развитии ядерной энергетики, и некоторые примеры приведены ниже.

Актуальные данные о действующих, строящихся и планируемых реакторах по всему миру см. В таблице «Мировые ядерные энергетические реакторы и потребности в уране».

Для получения подробной информации на уровне страны см. Раздел «Профили стран» Информационной библиотеки Всемирной ядерной ассоциации.

Северная Америка

В Канаде имеется 19 действующих ядерных реакторов общей полезной мощностью 13,6 ГВт. В 2019 году атомная энергия вырабатывала 15% электроэнергии страны.

Все, кроме одного, из 19 ядерных реакторов страны расположены в Онтарио. Десять из этих единиц — шесть в Брюсе и четыре в Дарлингтоне — подлежат ремонту.Программа продлит срок эксплуатации на 30-35 лет. Аналогичные ремонтные работы позволили Онтарио отказаться от угля в 2014 году, достигнув одного из самых чистых сочетаний электроэнергии в мире.

Мексика имеет два действующих ядерных реактора общей полезной мощностью 1,6 ГВт. В 2019 году атомная энергия вырабатывала 4,5% электроэнергии страны.

В США имеется 94 действующих ядерных реактора общей полезной мощностью 96,6 ГВт. В 2019 году атомная энергия произвела 20% электроэнергии страны.

Четыре реактора AP1000 строились, но два из них были списаны. Одной из причин перерыва в строительстве новых зданий в США на сегодняшний день является чрезвычайно успешная эволюция стратегий технического обслуживания. За последние 15 лет улучшение эксплуатационных характеристик привело к увеличению использования атомных электростанций в США, при этом увеличенная мощность эквивалентна строительству 19 новых станций мощностью 1000 МВт.

В 2016 году в стране был введен в эксплуатацию первый новый ядерный реактор за 20 лет.Несмотря на это, количество действующих реакторов в последние годы сократилось с пикового значения в 104 в 2012 году. Досрочное закрытие было вызвано сочетанием факторов, включая дешевый природный газ, либерализацию рынка, чрезмерное субсидирование возобновляемых источников и политические агитация.

Южная Америка

Аргентина имеет три реактора общей полезной мощностью 1,6 ГВт. В 2019 году страна вырабатывала 6% электроэнергии на атомной электростанции.

Бразилия имеет два реактора общей полезной мощностью 1.9 ГВт. В 2019 году атомная энергия произвела 3% электроэнергии страны.

Западная и Центральная Европа

Бельгия имеет семь действующих ядерных реакторов общей полезной мощностью 5,9 ГВт. В 2019 году атомная энергия произвела 48% электроэнергии страны.

Финляндия имеет четыре действующих ядерных реактора общей полезной мощностью 2,8 ГВт. В 2019 году атомная энергия произвела 35% электроэнергии страны. Пятый реактор — EPR мощностью 1720 МВт (эл.) — находится в стадии строительства, и есть планы построить российский блок ВВЭР-1200 на новой площадке (Ханхикиви).

Франция имеет 56 действующих ядерных реакторов общей полезной мощностью 61,4 ГВт. В 2019 году атомная энергия произвела 71% электроэнергии страны.

Энергетическая политика 2015 года была направлена ​​на сокращение доли страны в ядерной генерации до 50% к 2025 году. Эта цель теперь перенесена на 2035 год. Министр энергетики страны сказал, что цель нереальна и что она увеличит выбросы углерода в стране. выбросы диоксида, ставят под угрозу надежность поставок и создают опасность для рабочих мест.

Один реактор в настоящее время строится во Франции — EPR мощностью 1750 МВт во Фламанвилле.

В Германии продолжают работать шесть ядерных энергетических реакторов общей полезной мощностью 8,1 ГВт. В 2019 году атомная энергия произвела 12,5% электроэнергии страны.

Германия прекращает производство ядерной энергии примерно к 2022 году в рамках своей политики Energiewende . Energiewende , широко известный как наиболее амбициозная национальная политика смягчения последствий изменения климата, еще не обеспечила значительного сокращения выбросов двуокиси углерода (CO ₂ ).В 2011 году, через год после введения этой политики, в результате сжигания топлива в Германии было выброшено 731 млн тонн CO ₂ ; в 2018 году страна выбросила 677 млн ​​т CO ₂ и была седьмым по величине источником выбросов CO ₂ в мире. ² Правительство Германии рассчитывает не достичь своей цели по сокращению выбросов на 40% по сравнению с уровнями 1990 года с большим отрывом.

В Нидерландах имеется один действующий ядерный реактор полезной мощностью 0,5 ГВт. В 2019 году атомная энергия произвела 3% электроэнергии страны.

Испания имеет семь действующих ядерных реакторов общей полезной мощностью 7,1 ГВт. В 2019 году атомная энергия произвела 21% электроэнергии страны.

В Швеции имеется шесть действующих ядерных реакторов общей полезной мощностью 6,9 ГВт. В 2019 году атомная энергия произвела 34% электроэнергии страны.

Страна закрывает несколько старых реакторов, но вложила значительные средства в продление срока эксплуатации и повышение номинальной мощности.

В Швейцарии четыре действующих ядерных реактора общей полезной мощностью 3.0 ГВт. В 2019 году атомная энергия произвела 24% электроэнергии страны.

В Соединенном Королевстве имеется 15 действующих ядерных реакторов общей полезной мощностью 8,9 ГВт. В 2019 году атомная энергия произвела 16% электроэнергии страны.

В середине 2006 г. в правительственном энергетическом документе Великобритании была одобрена замена устаревшего парка ядерных реакторов в стране новыми ядерными реакторами. Начато строительство первого завода нового поколения.

Центральная и Восточная Европа, Россия

В Армении есть один ядерный энергетический реактор полезной мощностью 0.4 ГВт. В 2019 году атомная энергия произвела 28% электроэнергии страны.

Беларусь имеет один действующий ядерный энергетический реактор, подключенный к сети в ноябре 2020 года, и второй реактор в стадии строительства. Почти вся остальная электроэнергия в стране производится из природного газа.

Болгария имеет два действующих ядерных реактора общей полезной мощностью 2,0 ГВт. В 2019 году атомная энергия произвела 38% электроэнергии страны.

Чешская Республика имеет шесть действующих ядерных реакторов общей полезной мощностью 3.9 ГВт. В 2019 году атомная энергия произвела 35% электроэнергии страны.

Венгрия имеет четыре действующих ядерных реактора общей полезной мощностью 1,9 ГВт. В 2019 году атомная энергия произвела 49% электроэнергии страны.

В Румынии есть два действующих ядерных реактора общей полезной мощностью 1,3 ГВт. В 2019 году атомная энергия произвела 19% электроэнергии страны.

В России действует 38 ядерных реакторов общей полезной мощностью 28,6 ГВт. В 2019 году атомная энергия произвела 20% электроэнергии страны.

Постановление правительства от 2016 года определило строительство к 2030 году 11 атомных энергетических реакторов в дополнение к уже строящимся. В начале 2020 года в России строились четыре реактора общей мощностью 4,8 ГВт.

Сила российской атомной отрасли отражается в ее доминировании на экспортных рынках новых реакторов. Национальная ядерная промышленность страны в настоящее время участвует в проектах новых реакторов в Беларуси, Китае, Венгрии, Индии, Иране и Турции, а также в различной степени в качестве инвестора в Алжире, Бангладеш, Боливии, Индонезии, Иордании, Казахстане, Нигерии, Южной Африке, Таджикистан и Узбекистан среди других.

В Словакии четыре действующих ядерных реактора общей полезной мощностью 1,8 ГВт. В 2019 году атомная энергия произвела 54% электроэнергии страны. Еще два блока находятся в стадии строительства.

В Словении имеется один действующий ядерный реактор полезной мощностью 0,7 ГВт. В 2019 году Словения вырабатывала 37% электроэнергии на атомной электростанции.

Украина имеет 15 действующих ядерных реакторов общей полезной мощностью 13,1 ГВт. В 2019 году атомная энергия произвела 54% электроэнергии страны.

Турция начала строительство своей первой атомной электростанции в апреле 2018 года, начало эксплуатации ожидается в 2023 году.

Азия

Бангладеш начала строительство первого из двух запланированных российских реакторов ВВЭР-1200 в 2017 году. Строительство второго началось в 2018 году. Он планирует ввести в эксплуатацию первый энергоблок к 2023 году. В настоящее время страна производит практически всю электроэнергию из ископаемого топлива. .

В Китае 49 действующих ядерных реакторов общей полезной мощностью 47.5 ГВт. В 2019 году атомная энергия вырабатывала 5% электроэнергии страны.

Страна продолжает доминировать на рынке строительства новых ядерных объектов. В начале 2021 года 16 из 54 строящихся в мире реакторов находились в Китае. В 2018 году Китай стал первой страной, которая ввела в эксплуатацию два новых образца — AP1000 и EPR. Китай начинает экспортный маркетинг реактора Hualong One, в значительной степени собственной конструкции.

Сильный импульс для развития новой ядерной энергетики в Китае исходит из необходимости улучшить качество городского воздуха и сократить выбросы парниковых газов.Долгосрочная цель правительства, изложенная в Плане действий Стратегии развития энергетики на 2014-2020 гг., — к 2020 г. мощность 58 ГВт, и еще 30 ГВт в стадии строительства.

В Индии имеется 23 действующих ядерных реактора общей полезной мощностью 6,9 ГВт. В 2019 году атомная энергия произвела 3% электроэнергии страны.

Правительство Индии намерено наращивать свои ядерные мощности в рамках своей масштабной программы развития инфраструктуры. В 2010 году правительство поставило амбициозную цель — 14.К 2024 году выйдет 6 ГВт ядерной энергии. В начале 2020 года в Индии строились семь реакторов общей мощностью 5,3 ГВт.

В Японии 33 действующих ядерных реактора общей полезной мощностью 31,7 ГВт. В начале 2020 года после аварии на Фукусиме в 2011 году только девять реакторов были снова введены в эксплуатацию, а еще 17 находятся в процессе утверждения перезапуска. В прошлом 30% электроэнергии в стране производилось на атомных станциях; в 2019 году этот показатель составлял всего 8%.

Южная Корея имеет 24 действующих ядерных реактора общей полезной мощностью 23,2 ГВт. В 2019 году атомная энергия произвела 26% электроэнергии страны.

В Южной Корее четыре новых реактора строятся внутри страны, а также четыре в Объединенных Арабских Эмиратах. Он планирует еще два, после чего энергетическая политика остается неопределенной. Он также участвует в интенсивных исследованиях будущих конструкций реакторов.

В Пакистане шесть действующих ядерных реакторов общей полезной мощностью 2.3 ГВт. В 2019 году атомная энергия произвела 7% электроэнергии страны. В Пакистане строится один китайский блок Hualong One.

Африка

Южная Африка имеет два действующих ядерных реактора общей полезной мощностью 1,9 ГВт, и это единственная африканская страна, которая в настоящее время производит электроэнергию на атомных станциях. В 2019 году атомная энергия произвела 7% электроэнергии страны. Южная Африка по-прежнему привержена планам по наращиванию мощностей, но финансовые ограничения значительны.

Ближний Восток

Иран имеет один действующий ядерный реактор с полезной мощностью 0.9 ГВт. В 2019 году атомная энергия произвела 2% электроэнергии страны. Строится второй энергоблок ВВЭР-1000 российской разработки.

В Объединенных Арабских Эмиратах имеется один действующий ядерный реактор мощностью 1,3 ГВт. Еще три блока находятся в стадии строительства на том же заводе (Бараках).

Страны с развивающейся ядерной энергетикой

Как указано выше, Бангладеш, Беларусь, Турция и Объединенные Арабские Эмираты строят свои первые атомные электростанции. Ряд других стран переходят к использованию ядерной энергии для производства электроэнергии.Для получения дополнительной информации см. Страницу о странах с развивающейся ядерной энергетикой.

Повышение производительности существующих реакторов

Характеристики ядерных реакторов со временем значительно улучшились. За последние 40 лет доля реакторов с высокими коэффициентами мощности значительно увеличилась. Например, 62% реакторов достигли коэффициента мощности выше 80% в 2018 году по сравнению с 28% в 1978 году, тогда как только 7% реакторов имели коэффициент мощности ниже 50% в 2018 году по сравнению с 20% в 1978 году.

Долгосрочные тенденции в факторах мощности

Также следует отметить отсутствие значимой возрастной тенденции в среднем коэффициенте мощности реакторов за последние пять лет.

Коэффициент средней мощности 2015-2018 гг. По возрасту реакторов

Реакторы ядерные прочие

Помимо коммерческих атомных электростанций, в более чем 50 странах работают около 220 исследовательских реакторов, и еще больше находится в стадии строительства.Многие из этих реакторов используются не только для исследований и обучения, но и для производства медицинских и промышленных изотопов.

Использование реакторов для морских силовых установок в основном ограничивается основными военно-морскими силами, где они играли важную роль в течение пяти десятилетий, обеспечивая энергией подводные лодки и большие надводные корабли. Свыше 160 кораблей, в основном подводных лодок, приводятся в движение примерно 200 ядерными реакторами, и накоплен более чем 13 000 реакторно-летний опыт работы с морскими реакторами. Россия и США сняли с вооружения многие из своих атомных подводных лодок со времен холодной войны.

Россия также управляет флотом крупных атомных ледоколов, и еще несколько строятся. Он также подключил плавучую атомную электростанцию ​​с двумя реакторами мощностью 32 МВт к сети в отдаленном арктическом районе Певек. Реакторы адаптированы от ледоколов.

Для получения дополнительной информации см. Страницу «Многообразие использования ядерных технологий».

---

Примечания и ссылки

Список литературы

1. Международное энергетическое агентство ОЭСР, World Energy Outlook 2020 [Назад]
2.Статистика Международного энергетического агентства ОЭСР [Назад]

Общие ссылки

Всемирная ядерная ассоциация, Отчет о результатах деятельности в ядерной сфере за 2020 год

Входной ток переменного тока и гармоники

Источники питания AC-DC EMC

В результате использования методов выпрямления пиков, используемых в источниках питания, генерируются гармонические токи.Для ограничения этих гармоник было принято законодательство. Соответствующий стандарт — EN61000-3-2 для оборудования с входным током ≤16 А на фазу.

EN61000-3-2 устанавливает четыре класса оборудования, каждый из которых имеет свои собственные ограничения на излучение гармоник.

Класс D — телевизоры, персональные компьютеры и мониторы, потребляющие ≤600 Вт

Класс C — Осветительное оборудование

Класс B — Переносные инструменты

Class A — все остальное

Оборудование классов A и B имеет абсолютные пределы для гармоник независимо от входной мощности, оборудование класса C имеет пределы, выраженные в процентах от потребляемого тока 50 Гц, а для оборудования класса D пределы гармоник по току пропорциональны потребляемой мощности сети.Оборудование, отнесенное к классам C и D, обычно требует источника питания с активной коррекцией коэффициента мощности.

На диаграмме внизу справа форма волны входящего переменного напряжения обозначена как VLINE, пунктирная линия представляет выпрямленное напряжение переменного тока после мостового выпрямителя.

Конденсатор большой емкости заряжается под углом проводимости и медленно разряжается силовым каскадом источника питания (VCAP). Как только входное синусоидальное напряжение падает ниже напряжения конденсатора большой емкости, диод в мостовом выпрямителе смещается в обратном направлении, и ток не течет до тех пор, пока входящая выпрямленная синусоида снова не станет выше напряжения конденсатора большой емкости.Угол проводимости обычно составляет 2-3 мс.

Комплексная форма волны входного тока генерирует гармоники, которые важны для генератора энергии. Гармоники влияют на полную мощность. Реальная мощность и полная мощность обсуждаются более подробно позже. Показанная форма волны тока дает коэффициент мощности около 0,5 — 0,6.

Почему возникают проблемы с гармоническими искажениями?

Поставщик коммунальных услуг должен подавать напряжение и весь ток, даже если часть тока не превращается в полезную выходную мощность — см. Раздел «Реальная мощность, кажущаяся мощность и КПД» на стр. 37 Основного руководства по подаваемому питанию.У провайдера нет средств для зарядки дополнительного тока, потому что мощность оплачивается в кВтч.

Объединенный эффект миллионов источников питания заключается в ограничении переменного напряжения, потому что весь ток потребляется на пике синусоидальной волны. Силовые провода должны иметь такой размер, чтобы пропускать дополнительный ток, вызванный низким коэффициентом мощности. Нейтральные проводники могут перегреваться, поскольку они обычно не рассчитаны на пропускание всех гармонических токов, которые не существуют для нагрузок с высоким коэффициентом мощности.

Решения для источников питания

Для соответствия законодательству по гармоническим искажениям есть два основных решения для источников питания:

Пассивная коррекция коэффициента мощности

Пассивная коррекция коэффициента мощности обычно включает добавление индуктора или резистора сетевой частоты в линию переменного тока.Действие катушки индуктивности состоит в том, чтобы сжать форму волны тока, поскольку катушка индуктивности является реактивным компонентом, который сопротивляется изменению тока. Резистор снижает пиковый ток.

Чем ровнее форма волны тока, тем меньше гармонических искажений.

Это очень простое решение, имеющее как преимущества, так и недостатки. Это не совсем практично в источниках питания мощностью более 300 Вт из-за размера компонентов, необходимых для обеспечения адекватной индуктивности при 50/60 Гц и поддержания достаточно низких резистивных потерь.Это решение не подходит для приложений освещения, персональных компьютеров или цветного телевидения, но является жизнеспособным решением для оборудования класса А. На приведенной ниже диаграмме показано измерение в реальном времени пассивной коррекции коэффициента мощности и уровней тока гармоник.

Активная коррекция коэффициента мощности

Активная коррекция коэффициента мощности использует повышающий преобразователь, работающий на высокой частоте, для электронного управления формой волны входного тока. Входящее переменное напряжение контролируется и используется в качестве эталона для определения ширины каждого импульса тока высокочастотного коммутируемого тока.

Ток подается в виде серии импульсов с частотой около 100 кГц, что соответствует 2000 импульсам на цикл сетевого напряжения.

Фильтр ЭМС нижних частот берет высокочастотный элемент и отфильтровывает его, так что ток, воспринимаемый сетью, является синусоидальным. Система регулирует выход постоянного тока примерно на уровне 400 В постоянного тока. На диаграмме ниже показано измерение активной коррекции коэффициента мощности в реальном времени.

Активная коррекция коэффициента мощности

Активная коррекция коэффициента мощности использует повышающий преобразователь, работающий на высокой частоте, для электронного управления формой волны входного тока.Входящее переменное напряжение контролируется и используется в качестве эталона для определения ширины каждого импульса тока высокочастотного коммутируемого тока.

Ток подается в виде серии импульсов с частотой около 100 кГц, что соответствует 2000 импульсам на цикл сетевого напряжения.

Фильтр ЭМС нижних частот берет высокочастотный элемент и отфильтровывает его, так что ток, воспринимаемый сетью, является синусоидальным. Система регулирует выход постоянного тока примерно на уровне 400 В постоянного тока. На диаграмме ниже показано измерение активной коррекции коэффициента мощности в реальном времени.

Сравнение пассивной и активной коррекции коэффициента мощности

Пассивная коррекция коэффициента мощности

Преимущества

Простой

Прочный и надежный

Шум (EMI)

Помогает фильтровать

Недостатки

Тяжелые и громоздкие компоненты

Требуется переключение диапазона переменного тока

Низкий коэффициент мощности

Невозможно использовать несколько блоков питания в системе

Активная коррекция коэффициента мощности

Преимущества

Высокий коэффициент мощности> 0.9

Низкий входной ток

Универсальный вход

Шина регулируемая высоковольтная

Время поддержки

Можно использовать несколько блоков питания

Недостатки

Более высокая стоимость

Высшая сложность

Более высокое количество компонентов

Нижнее расчетное значение MTBF

Война Токов: AC vs.DC Power

Это #GridWeek на Energy.gov. Мы подчеркиваем наши усилия по поддержанию надежной, отказоустойчивой и безопасной электросети по всей стране и то, что это значит для вас. В четверг, 20 ноября, в 14:00 по восточноевропейскому времени мы проведем чат в Твиттере на тему «Как работает сеть». Присылайте нам свои вопросы в Twitter, Facebook и Google+, используя #GridWeek.

Начиная с конца 1880-х годов Томас Эдисон и Никола Тесла были втянуты в битву, известную теперь как Война течений.

Эдисон разработал постоянный ток — ток, который непрерывно течет в одном направлении, например, в батарее или топливном элементе. В первые годы развития электричества постоянный ток (сокращенно DC) был стандартом в США.

Но была одна проблема. Постоянный ток нелегко преобразовать в более высокие или более низкие напряжения.

Тесла считал, что переменный ток (или переменный ток) был решением этой проблемы. Переменный ток меняет направление определенное количество раз в секунду — 60 в U.S. — и может быть сравнительно легко преобразован в различные напряжения с помощью трансформатора.

Эдисон, не желая терять гонорары, которые он получал от своих патентов на постоянный ток, начал кампанию по дискредитации переменного тока. Он распространял дезинформацию, говоря, что переменный ток более опасен, и даже зашел так далеко, что публично казнил бездомных животных электрическим током, используя переменный ток, чтобы доказать свою точку зрения.

Чикагская всемирная выставка — также известная как Всемирная колумбийская выставка — проходила в 1893 году, в разгар нынешней войны.

General Electric предложила электрифицировать ярмарку, используя постоянный ток Эдисона, за 554 000 долларов, но проиграла Джорджу Вестингаузу, который сказал, что может обеспечить электроэнергию ярмарку всего за 399 000 долларов, используя переменный ток Tesla.

В том же году Niagara Falls Power Company решила заключить с Westinghouse, которая лицензировала патент на многофазный асинхронный двигатель Tesla, контракт на производство электроэнергии из Ниагарского водопада. Хотя некоторые сомневались, что этот водопад может привести в действие весь Буффало, штат Нью-Йорк, Тесла был убежден, что он может привести в действие не только Буффало, но и весь восток Соединенных Штатов.

16 ноября 1896 года Буффало был освещен переменным током от Ниагарского водопада. К этому времени General Electric тоже решила запрыгнуть на поезд переменного тока.

Похоже, что переменный ток почти уничтожил постоянный ток, но в последние годы постоянный ток пережил своего рода возрождение.

Сегодня наша электроэнергия по-прежнему питается преимущественно переменным током, но компьютеры, светодиоды, солнечные элементы и электромобили работают на постоянном токе.И теперь доступны методы преобразования постоянного тока в более высокие и более низкие напряжения. Поскольку постоянный ток более стабилен, компании находят способы использования постоянного тока высокого напряжения (HVDC) для транспортировки электроэнергии на большие расстояния с меньшими потерями электроэнергии.

Получается, что Война течений еще не окончена. Но вместо того, чтобы продолжать горячую битву переменного и постоянного тока, похоже, что два тока в конечном итоге будут работать параллельно друг другу в своего рода гибридном перемирии.

И ничего из этого было бы невозможно без гения Теслы и Эдисона.

Примечание. Этот пост был первоначально опубликован в рамках серии статей «Эдисон против Теслы» в ноябре 2013 года.

Текущие условия сети — Southwest Power Pool

Текущие условия сети (последнее обновление 20 февраля 2021 г., в 22:00)

Действует с 22:00. Центральное время, 20 февраля, SPP вернулась к нормальному режиму работы для всей области балансировки SPP, сигнализируя о том, что у него достаточно выработки для удовлетворения спроса и имеющихся резервов, и не предвидит никаких экстремальных или аномальных угроз надежности.

График зимних погодных явлений в феврале 2021 года

• 9 февраля в 00:00 В ответ на текущее похолодание, SPP сначала объявила о периоде консервативных операций, действующем до дальнейшего уведомления.
• 15 февраля в 00:00 SPP потребовала от обслуживающих нагрузку коммунальных предприятий по всему региону SPP экономить электроэнергию с полуночи 15 февраля и в течение следующих 48 часов, чтобы снизить риск более распространенных и длительных отключений.
• 15 февраля, в 05:00 утра SPP объявила уровень 1 предупреждения о чрезвычайной ситуации в области энергетики (EEA), что означает, что все доступные ресурсы были задействованы для выполнения обязательств, а SPP находится под угрозой невыполнения требуемых операционных резервов.
• 15 февраля в 7:22 утра SPP объявил уровень 2 EEA, который требовал, чтобы SPP обращался к своим компаниям-членам с просьбой об обращении с общественностью, и служил в качестве максимального уведомления об аварийной генерации ресурсов, и проинформировал рынок, что аварийные диапазоны могут потребоваться любые ресурсы.
• 15 февраля в 10:08 SPP объявил EEA Level 3, когда был вынужден начать полагаться на требуемую резервную энергию. Это означало, что он имел резервы ниже требуемого минимума и инициировал помощь через Группу распределения резервов.
• 15 февраля примерно в 12:10. В то время как все еще находился на уровне 3 ЕЭЗ и после исчерпания резервов, SPP поручил коммунальным предприятиям-членам осуществлять контролируемые временные перерывы в обслуживании.
• фев.15 в 14:00 SPP объявил о возвращении к уровню 2 ЕЭЗ, восстановив нагрузку в регионе с достаточной выработкой для удовлетворения спроса и минимальных резервных требований.
• 16 февраля в 6:15 утра SPP объявил ЕЭЗ Уровнем 3. Генерирующая мощность всей системы упала ниже текущей нагрузки примерно 42 гигаватт (ГВт) из-за чрезвычайно низких температур, недостаточных поставок природного газа и ветровой генерации. SPP поручил коммунальным предприятиям-участникам осуществлять контролируемые временные перерывы в обслуживании.
• 16 февраля в 10:07 SPP восстановила всю нагрузку, что означает, что у него было достаточно генерирующих мощностей для удовлетворения общесистемного спроса. Он оставался на Уровне 3 ЕЭЗ, что указывает на то, что он все еще работал ниже требуемых минимальных резервов.
• 16 февраля в 11:30 SPP вернулся на уровень 2 ЕЭЗ до дальнейшего уведомления, восстанавливая нагрузку в регионе с достаточной выработкой для удовлетворения требований и минимальных резервных требований.
• 16 фев в 12:31 р.м. SPP понижен до уровня EEA 1. Хотя компания больше не является энергодефицитной организацией, все доступные ресурсы были направлены на выполнение обязательств, и SPP по-прежнему подвергался риску невыполнения требуемых операционных резервов.
• 16 февраля в 18:28 SPP объявила об эскалации до уровня 2 ЕЭЗ. SPP поручил своим компаниям-членам подать общественные апелляции по охране окружающей среды. Предупреждение будет действовать до дальнейшего уведомления. В то время у SPP было достаточно генерирующих мощностей в сети, чтобы удовлетворить общесистемный спрос, но предпринимались шаги по снижению риска сбоев.
• 17 февраля в 13:15 SPP понижен до уровня EEA 1. Хотя компания больше не является энергодефицитной организацией, все доступные ресурсы были направлены на выполнение обязательств, и SPP по-прежнему подвергался риску невыполнения требуемых операционных резервов.
• 17 февраля в 18:20 SPP объявила об эскалации до уровня 2 ЕЭЗ. SPP поручил своим компаниям-членам подать общественные апелляции по охране окружающей среды. Предупреждение будет действовать до дальнейшего уведомления.
  
• фев.17 в 22:59 SPP понижен до уровня EEA 1. Хотя компания больше не является энергодефицитной организацией, все доступные ресурсы были направлены на выполнение обязательств, и SPP по-прежнему подвергался риску невыполнения требуемых операционных резервов.
• 18 февраля в 9:30 SPP понижен с уровня 1 ЕЭЗ до консервативного операционного статуса. Из-за продолжающихся высоких нагрузок и других последствий суровой холодной погоды он будет оставаться в режиме консервативных операций до 22:00 февраля.20, для всей зоны балансировки СЭС.
  
• 18 февраля в 18:25 SPP объявлен EEA Level 1, что означает, что все доступные ресурсы были задействованы для выполнения обязательств, и SPP подвергался риску невыполнения требуемых операционных резервов.
• 19 февраля в 9:20 SPP понижен с уровня 1 ЕЭЗ до консервативного операционного статуса. Из-за продолжающихся высоких нагрузок и других последствий суровых холодов он останется в период консервативных операций до 10 p.м., 20 февраля, на всю территорию балансировочного управления СЭС.
• 20 февраля в 22:00 SPP вернулся к нормальной работе для всей зоны управления балансировкой SPP, сигнализируя о том, что у него достаточно генерации для удовлетворения спроса и имеющихся резервов, и не предвидит никаких экстремальных или аномальных угроз надежности.

Описание всех наиболее распространенных событий надежности приведено ниже в порядке возрастания серьезности:

Нормальные операции : SPP имеет достаточно генерации, чтобы удовлетворить спрос и доступные резервы, и не предвидит никаких экстремальных или аномальных угроз надежности.

Оповещение о погоде : объявляется, когда на территории службы координации надежности SPP ожидается экстремальная погода.

Оповещение о ресурсах : объявляется, когда в зоне действия балансирующего органа SPP ожидаются суровые погодные условия, значительные отключения, неопределенность прогноза ветра и / или неопределенность прогноза нагрузки.

Conservative Operations : объявляется, когда SPP определяет необходимость консервативного управления своей системой с учетом погодных, экологических, операционных, террористических, кибер-событий или других событий.

Максимальное количество уведомлений об аварийном генерировании : выдается, когда SPP предвидит необходимость использования аварийных диапазонов ресурсов.

Energy Emergency Alert Level 1: Объявляется, когда все доступные ресурсы задействованы для выполнения обязательств, и SPP находится под угрозой невыполнения требуемых операционных резервов.

Energy Emergency Alert Level 2: Объявляется, когда SPP больше не может обеспечивать ожидаемые потребности в энергии и является энергодефицитным субъектом, или когда SPP предвидит или внедрил процедуры вплоть до прерывания твердых обязательств по нагрузке, но исключая его.

Уровень оповещения о чрезвычайной ситуации в области энергетики 3: На этом уровне SPP использует операционные резервы таким образом, что они несут резервы ниже требуемого минимума, и инициировал помощь через Группу распределения резервов. Объявляется, когда SPP предвидит или реализовал твердое прерывание обязательств по загрузке. Перед тем, как запросить EEA 3, SPP уже предоставит участникам рынка соответствующие внутренние уведомления.

Событие восстановления: Определяется как серьезное или катастрофическое отключение сети, которое может быть полным или частичным региональным отключением электроэнергии, ситуацией на острове или разделением системы.

ВТМ

	Вин (В): 48 (26–55)	Vout (V): 2,0 (1,1 — 2,3)	Выходной ток (А): 40	Упаковка: Половина чипа	Подробности
	Вин (В): 48 (26–55)	Vout (V): 3.0 (1,6 — 3,4)	Выходной ток (А): 70	Упаковка: Полный чип	Подробности
	Вин (В): 48 (26–55)	Vout (V): 4.0 (2,17 — 4,58)	Выходной ток (А): 50	Упаковка: Полный чип	Подробности
	Вин (В): 48 (26–55)	Vout (V): 6.0 (3,25 — 6,87)	Выходной ток (А): 40	Упаковка: Полный чип	Подробности
	Вин (В): 48 (26–55)	Vout (V): 8.0 (4,34 — 9,16)	Выходной ток (А): 30	Упаковка: Полный чип	Подробности
	Вин (В): 48 (26–55)	Vout (V): 9.6 (6,4 — 11,0)	Выходной ток (А): 25	Упаковка: Полный чип	Подробности
	Вин (В): 48 (26–55)	Vout (V): 16 (8.67 — 18,3)	Выходной ток (А): 15	Упаковка: Полный чип	Подробности
	Вин (В): 48 (26–55)	Vout (V): 24 (13.8 — 26,5)	Выходной ток (А): 12	Упаковка: Полный чип	Подробности
	Вин (В): 48 (26–55)	Vout (V): 32 (17.3 — 36,7)	Выходной ток (А): 9	Упаковка: Полный чип	Подробности
	Вин (В): 48 (26–55)	Vout (V): 48 (26–55)	Выходной ток (А): 6	Упаковка: Полный чип	Подробности
	Вин (В): 48 (26–55)	Vout (V): 12 (6.5 — 13,8)	Выходной ток (А): 10	Упаковка: Половина чипа	Подробности
	Вин (В): 48 (26–55)	Vout (V): 12 (6.5 — 13,8)	Выходной ток (А): 25	Упаковка: Полный чип	Подробности
	Вин (В): 48 (26–55)	Vout (V): 4.0 (2,17 — 4,58)	Выходной ток (А): 25	Упаковка: Половина чипа	Подробности
	Вин (В): 48 (26–55)	Vout (V): 4.0 (2,2 — 4,6)	Выходной ток (А): 50	Упаковка: Полный чип	Подробности
	Вин (В): 48 (26–55)	Vout (V): 12 (6.5 — 13,8)	Выходной ток (А): 25	Упаковка: Полный чип	Подробности
	Вин (В): 48 (0–60)	Vout (V): 12 (0–15)	Выходной ток (А): 12.5	Упаковка: 2308 SM-чип	Подробности
	Вин (В): 48 (0–60)	Vout (V): 6 (0 — 7.5)	Выходной ток (А): 25	Упаковка: 2308 SM-чип	Подробности
Показать все

Как измерить трехфазный ток питания

Когда вашему бизнесу нужно знать, какой у вас уровень власти.
Вот как можно измерить трехфазный ток.

Возможно, идея измерения трехфазного тока питания кого-то из вас пугает. В конце концов, использование трехфазных источников питания не обязательно означает понимание (или даже интерес) лежащей в основе математики.

Тем не менее, некоторым из вас может быть немного любопытно, как оценивается мощность.

Так как же рассчитать трехфазную мощность?

Хотя вы, безусловно, можете взглянуть на техническую статью Википедии, мы думаем, что вы найдете наш простой подход к этой задаче немного больше…подходит для новичков.

При этом, давайте сразу перейдем к делу. Наша первая задача — установить переменные.

Размещение переменных в таблице

Каждый хороший урок должен четко определять переменные в самом начале, и, разумеется, мы хотим, чтобы это был хороший урок. Следовательно, на этот раз мы кратко коснемся ватт, полной мощности и коэффициентов мощности.

Ватт (Вт) — это показатель мощности.Эта единица измерения используется для измерения мощности, потребляемой цепью. Киловатты (кВт) также могут использоваться для измерения этой мощности; один киловатт эквивалентен 1000 ватт.

Полная мощность (ВА или вольт-ампер) рассчитывается путем нахождения произведения напряжения и тока; Полная мощность также может быть измерена в киловольт-амперах (кВА). КВА равна 1000 вольт-ампер.

Коэффициент мощности (pf) — это отношение между киловольт-амперами и киловаттами. Его можно представить как:

кВт = кВА x pf

Обратите внимание, что эта формула может быть алгебраически преобразована для вычисления каждого компонента.Например, коэффициент мощности можно представить как:

pf = кВт / кВА

Напротив, киловольт-амперы могут быть представлены как:

кВА = кВт / пф

Расчет однофазного тока питания

Хотя наша конечная цель — научить вас рассчитывать трехфазный ток питания, мы (и большинство других людей) предполагаем, что обучение вас тому, как рассчитать однофазный ток питания, заложит некоторые важные основы для того, что у вас есть в вашем бизнесе сейчас. и
то, что вам может понадобиться в будущем.

Есть две причины для нашего предположения, первая из которых заключается в том, что вычисление однофазного силового тока намного проще, чем вычисление многофазного или трехфазного силового тока
.

Вторая, более важная причина связана с тем, что вы можете использовать логику и формулу для расчета однофазных силовых токов при расчете многофазных силовых токов.

Но хватит разговоров. Давайте приступим к делу.

Вообще говоря, вы не несете ответственности за вычисление всех значений переменных; некоторые, например, напряжение или коэффициент мощности, будут предоставлены. В конце концов, у вас, по-видимому, нет доступа к вольтметру или любому другому прибору подобного рода.

Сказав это, вы можете легко использовать переменные, значения которых вы знаете, для поиска любых неизвестных значений. Если, например, вам известен коэффициент мощности и мощность, вы можете быстро определить полную мощность.

Помните, что коэффициент мощности — это отношение между киловольт-амперами и киловаттами. Это отношение ранее выражалось как:

кВт = кВА x pf

Если мы алгебраически переформулируем это уравнение, чтобы найти полную мощность (кВА), мы получим:

кВА = кВт / пф

Таким образом, мы можем разделить нашу мощность на коэффициент мощности, чтобы найти нашу полную мощность.

Что же мы думаем об этой кажущейся мощности?

На этом этапе мы должны ввести новую формулу, которая позволит нам рассчитать ток. К счастью, есть простой:

.

Ток = кВА (или ВА) / напряжение

Используя эту формулу, мы просто делим рассчитанную нами кВА на напряжение (которое должно быть указано), чтобы вычислить ток.

Расчет трехфазного тока питания

Теперь, когда мы рассчитали однофазный ток питания, мы можем перейти к тому же самому для трехфазных силовых токов.Хотя существует формула для расчета трехфазных токов питания, мы научим вас более интуитивно понятному способу выполнения этой задачи.

Однако, прежде чем мы перейдем к математике, вы должны точно понять, чем трехфазная система отличается от однофазной.

Проще говоря, решающее различие между двумя системами — это напряжение; трехфазные системы имеют линейное напряжение (VLL) и фазное напряжение (VLN).

Соотношение между линейным напряжением и фазным напряжением можно записать как:

VLN = VLL / sqrt (3)

Для наших целей вам не нужно глубоко разбираться в этих двух переменных.Вам нужно только помнить об отношениях между ними.

Вам также не стоит беспокоиться о вычислении их обоих; хотя бы один из них будет передан вам.

Используя метод, который мы вам научим, общая идея состоит в том, чтобы преобразовать трехфазную систему в однофазную.

Однако для того, чтобы выполнить это преобразование, вы должны понимать, что для наших целей трехфазная система по существу вырабатывает в 3 раза больше киловатт, чем однофазная; Эта разница в производимой мощности позволяет легко понять, почему некоторые люди переходят на трехфазное питание.

Полная мощность также увеличивается в три раза в трехфазной системе.

Тем не менее, чтобы рассчитать трехфазный ток питания с помощью этого метода, вам нужно разделить мощность на 3, прежде чем подставлять значение в эту формулу:

кВА = кВт / пф

Вы должны заметить, что это точно такая же формула, которая использовалась выше для однофазных систем.

Затем вы должны следовать этой формуле, разделив кВА на напряжение (ваш VLN в случае трехфазной системы), чтобы рассчитать ток.

Однако в этом случае есть дополнительный шаг.

Помните, что вы разделили на 3, чтобы составить уравнение для однофазной системы. Таким образом, из-за этого разделения ваш ответ отражает только результат одной фазы.

Чтобы найти выход трехфазной системы, с которой вы начали, вам нужно только умножить рассчитанный вами ток на 3.

Просто, правда?

Ну только если система сбалансирована.

Хотя наши расчеты предполагают, что трехфазная система будет сбалансирована, на самом деле большинство систем не так удобно сбалансировано.То есть каждая фаза не всегда производит одинаковое количество энергии.

В таких случаях вам придется полагаться на гораздо более сложную математику, чтобы получить точный ответ. Эта математика, однако, слишком сложна (полярные координаты и все такое), чтобы вдаваться в подробности здесь.

Итак, что вы делаете?
Как насчет большей МОЩНОСТИ?

Как оказалось, некоторые источники говорят, что вы можете взять среднее значение трех фаз и использовать это значение в своих уравнениях.Тем не менее, следует отметить, что этот метод не даст точного ответа.

Даже если вы не можете рассчитать точный ответ, имея дело с несбалансированной системой, вы, по крайней мере, выяснили (численно, конечно), что делает трехфазное питание таким популярным ребенком на игровой площадке, который нужен многим предприятиям.