Активное и реактивное сопротивление в цепи: Страница не найдена | Практическая электроника

Активное и реактивное сопротивление это

В электротехнике понятие сопротивления представляет собой величину, за счет которой определенная часть цепи может противодействовать электрическому току. Она образуется за счет изменения и перехода электроэнергии в другое энергетическое состояние. Данное явление присуще только переменному току, когда в сети образуется активное и реактивное сопротивление, выражающееся в необратимом изменении энергии или передаче этой энергии между отдельными компонентами электрической цепи.

В случае необратимых изменений электроэнергии сопротивление будет считаться активным, а при наличии обменных процессов – реактивным.

Основные различия между активным и реактивным сопротивлением

Когда электрический ток проходит через элементы с активным сопротивлением, происходят необратимые потери выделяемой мощности. Типичным примером служит электрическая плита, где в процессе работы происходят необратимые превращения электричества в тепловую энергию.

То же самое происходит с резистором, в котором тепло выделяется, но обратно в электроэнергию не превращается.

Помимо резисторов, свойствами активного сопротивления обладают приборы освещения, электродвигатели, трансформаторные обмотки, провода и кабели и т.д.

Характерной особенностью элементов с активным сопротивлением являются напряжение и ток, совпадающие по фазе. Рассчитать этот параметр можно по формуле: r = U/I. На показатели активного сопротивления оказывают влияние физические свойства проводника – сечение, длина, материал, температура. Эти качества позволяют различать реактивное и активное сопротивление и применять их на практике.

Реактивное сопротивление возникает в тех случаях, когда переменный ток проходит через так называемые реактивные элементы, обладающие индуктивностью и емкостью. Первое свойство характерно для катушки индуктивности без учета активного сопротивления ее обмотки. В данном случае причиной появления реактивного сопротивления считается ЭДС самоиндукции.

В зависимости от частоты тока, при ее возрастании, наблюдается и одновременный рост сопротивления, что отражается в формуле xl = wL.

Реактивное сопротивление конденсатора зависит от емкости. Оно будет уменьшаться при увеличении частоты тока, поэтому данное свойство широко используется в электронике для выполнения регулировочных функций. В этом случае для расчетов используется формула xc = 1/wC.

В электронике существует не только активное и реактивное, но и полное сопротивление цепи, представляющее собой сумму квадратов обоих сопротивлений. Этот параметр обозначается символом Z и отображается в виде формулы:

В графике это выражение выглядит в виде треугольника сопротивлений, где реактивное и активное сопротивление соответствуют катетам, а полное сопротивление или импеданс – гипотенузе.

Индуктивное сопротивление

Реактивное сопротивление подразделяется на два основных вида – индуктивное и емкостное.

При рассмотрении первого варианта следует отметить возникновение в индуктивной обмотке магнитного поля под действием переменного тока. В результате, в ней образуется ЭДС самоиндукции, направленной против движения тока при его росте, и по ходу движения при его уменьшении. Таким образом, при всех изменениях тока и наличии взаимосвязей, ЭДС оказывает на него противоположное действие и приводит к созданию индуктивного сопротивления катушки.

Под влиянием ЭДС самоиндукции энергия магнитного поля обмотки возвращается в электрическую цепь. То есть, между источником питания и обмоткой происходит своеобразный обмен энергией. Это дает основание полагать, что катушка индуктивности обладает реактивным сопротивлением.

В качестве типичного примера можно рассмотреть действие реактивного сопротивления в трансформаторе. Данное устройство имеет общий магнитопровод, с расположенными на нем двумя обмотками или более, имеющими общую зависимость. На одну из них поступает электроэнергия из внешнего источника, а из другой выходит уже трансформированный ток.

Под действием первичного тока, проходящего по катушке, в магнитопроводе и вокруг него происходит наведение магнитного потока. В результате пересечения витков вторичной обмотки, в ней формируется вторичный ток. При невозможности создания идеальной конструкции трансформатора, магнитный поток будет частично уходить в окружающую среду, что приведет к возникновению потерь. От них зависит величина реактивного сопротивления рассеяния, которая совместно с активной составляющей образуют комплексное сопротивление, называемое электрическим импедансом трансформатора.

Емкостное сопротивление

В цепи, содержащей емкость и источник переменного тока происходят изменения заряда. Такой емкостью обладают конденсаторы, обладающие максимальной энергией при полном заряде. Напряжение емкости создает сопротивление, противодействующее течению переменного тока, которое считается реактивным. В результате взаимодействия, конденсатор и источник тока постоянно обмениваются энергией.

В конструкцию конденсатора входят токопроводящие пластины в количестве двух и более штук, разделенных слоями диэлектрика. Такое разделение не позволяет постоянному току проходить через конденсатор. Переменный ток может проходить через емкостное устройство, отклоняясь при этом от своей первоначальной величины.

Изменения переменного тока происходят под влиянием емкостного сопротивления. Чтобы лучше понять схему работы, найдем и рассмотрим принцип действия данного явления. Переменное напряжение, приложенное к конденсатору, изменяется в форме синусоиды. Под его воздействием на обкладках наблюдается всплеск, одновременно здесь накапливаются заряды электроэнергии с противоположными знаками. Их общее количество ограничено емкостью устройства и его габаритами. Чем выше емкость устройства, тем больше времени требуется на зарядку.

В момент изменения полупериода колебания, напряжение на обкладках конденсатора меняет свою полярность на противоположное значение, потенциалы также изменяются, а заряды пластин перезаряжаются. За счет этого удается создать течение первичного тока и находить способ противодействовать его прохождению, при уменьшении величины и сдвиге угла. Зарядка обкладок позволяет току, проходящему через конденсатор, опережать напряжение на 90 0 .

Компенсация реактивной мощности

С помощью электрических сетей осуществляется передача электроэнергии на значительные расстояния. В большинстве случаев она используется для питания электродвигателей, имеющих высокое индуктивное сопротивление и большое количество резистивных элементов. К потребителям поступает полная мощность, которая делится на активную и реактивную. В первом случае с помощью активной мощности совершается полезная работа, а во втором – происходит нагрев трансформаторных обмоток и электродвигателей.

Под действием реактивной составляющей, возникающей на индуктивных сопротивлениях, существенно понижается качество электроэнергии. Противостоять ее вредному воздействию помогает комплекс мероприятий по компенсации с использованием конденсаторных батарей. За счет емкостного сопротивления удается понизить косинус угла φ.

Компенсирующие устройства применяются на подстанциях, от которых электричество поступает к проблемным потребителям. Этот способ дает положительные результаты не только в промышленности, но и на бытовых объектах, снижая нагрузку на оборудование.

Активное и реактивное сопротивление — сопротивлением в электротехнике называется величина, которая характеризует противодействие части цепи электрическому току. Это сопротивление образовано путем изменения электрической энергии в другие типы энергии. В сетях переменного тока имеется необратимое изменение энергии и передача энергии между участниками электрической цепи.

При необратимом изменении электроэнергии компонента цепи в другие типы энергии, сопротивление элемента является активным. При осуществлении обменного процесса электроэнергией между компонентом цепи и источником, то сопротивление реактивное.

В электрической плите электроэнергия необратимо преобразуется в тепло, вследствие этого электроплита имеет активное сопротивление, так же как и элементы, преобразующие электричество в свет, механическое движение и т.д.

В индуктивной обмотке переменный ток образует магнитное поле. Под воздействием переменного тока в обмотке образуется ЭДС самоиндукции, которая направлена навстречу току при его увеличении, и по ходу тока при его уменьшении.

Поэтому, ЭДС оказывает противоположное действие изменению тока, создавая индуктивное сопротивление катушки.

С помощью ЭДС самоиндукции осуществляется возвращение энергии магнитного поля обмотки в электрическую цепь. В итоге обмотка индуктивности и источник питания производят обмен энергией. Это можно сравнить с маятником, который при колебаниях преобразует потенциальную и кинетическую энергию. Отсюда следует, что сопротивление индуктивной катушки имеет реактивное сопротивление.

Самоиндукция не образуется в цепи постоянного тока, и индуктивное сопротивление отсутствует. В цепи емкости и источника переменного тока изменяется заряд, значит между емкостью и источником тока протекает переменный ток. При полном заряде конденсатора его энергия наибольшая.

В цепи напряжение емкости создает противодействие течению тока своим сопротивлением, и называется реактивным. Между конденсатором и источником происходит обмен энергией.

После полной зарядки емкости постоянным током напряжение его поля выравнивает напряжение источника, поэтому ток равен нулю.

Конденсатор и катушка в цепи переменного тока работают некоторое время в качестве потребителя энергии, когда накапливают заряд. И также работают в качестве генератора при возвращении энергии обратно в цепь.

Если сказать простыми словами, то активное и реактивное сопротивление – это противодействие току снижения напряжения на элементе схемы. Величина снижения напряжения на активном сопротивлении имеет всегда встречное направление, а на реактивной составляющей – попутно току или навстречу, создавая сопротивление изменению тока.

Настоящие элементы цепи на практике имеют все три вида сопротивления сразу. Но иногда можно пренебречь некоторыми из них ввиду незначительных величин. Например, емкость имеет только емкостное сопротивление (при пренебрежении потерь энергии), лампы освещения имеют только активное (омическое) сопротивление, а обмотки трансформатора и электромотора – индуктивное и активное.

Активное сопротивление

В цепи действия напряжения и тока, создает противодействие, снижения напряжения на активном сопротивлении. Падение напряжения, созданное током и оказывающее противодействие ему, равно активному сопротивлению.

При протекании тока по компонентам с активным сопротивлением, снижение мощности становится необратимым. Можно рассмотреть резистор, на котором выделяется тепло. Выделенное тепло не превращается обратно в электроэнергию. Активное сопротивление, также может иметь линия передачи электроэнергии, соединительные кабели, проводники, катушки трансформаторов, обмотки электромотора и т.д.

Отличительным признаком элементов цепи, которые обладают только активной составляющей сопротивления, является совпадение напряжения и тока по фазе. Это сопротивление вычисляется по формуле:

R = U/I, где R – сопротивление элемента, U – напряжение на нем, I – сила тока, протекающего через элемент цепи.

На активное сопротивление влияют свойства и параметры проводника: температура, поперечное сечение, материал, длина.

Реактивное сопротивление

Тип сопротивления, определяющий соотношение напряжения и тока на емкостной и индуктивной нагрузке, не обусловленное количеством израсходованной электроэнергии, называется реактивным сопротивлением. Оно имеет место только при переменном токе, и может иметь отрицательное и положительное значение, в зависимости от направления сдвига фаз тока и напряжения. При отставании тока от напряжения величина реактивной составляющей сопротивления имеет положительное значение, а если отстает напряжение от тока, то реактивное сопротивление имеет знак минус.

Активное и реактивное сопротивление, свойства и разновидности

Рассмотрим два вида этого сопротивления: емкостное и индуктивное. Для трансформаторов, соленоидов, обмоток генераторов и моторов характерно индуктивное сопротивление. Емкостный вид сопротивления имеют конденсаторы. Чтобы определить соотношение напряжения и тока, нужно знать значение обоих видов сопротивления, которое оказывает проводник.

Реактивное сопротивление образуется при помощи снижения реактивной мощности, затраченной на образование магнитного поля в цепи. Снижение реактивной мощности создается путем подключения к трансформатору прибора с активным сопротивлением.

Конденсатор, подключенный в цепь, успевает накопить только ограниченную часть заряда перед изменением полярности напряжения на противоположный. Поэтому ток не снижается до нуля, так как при постоянном токе. Чем ниже частота тока, тем меньше заряда накопит конденсатор, и будет меньше создавать противодействие току, что образует реактивное сопротивление.

Иногда цепь имеет реактивные компоненты, но в результате реактивная составляющая равна нулю. Это подразумевает равенство фазного напряжения и тока. В случае отличия от нуля реактивного сопротивления, между током и напряжением образуется разность фаз.

Катушка имеет индуктивное сопротивлением в схеме цепи переменного тока. В идеальном виде ее активное сопротивление не учитывают. Индуктивное сопротивление образуется с помощью ЭДС самоиндукции. При повышении частоты тока возрастает и индуктивное сопротивление.

На индуктивное сопротивление катушки оказывает влияние индуктивность обмотки и частота в сети.

Конденсатор образует реактивное сопротивление из-за наличия емкости. При возрастании частоты в сети его емкостное противодействие (сопротивление) снижается. Это дает возможность активно его применять в электронной промышленности в виде шунта с изменяемой величиной.

Треугольник сопротивлений

Схема цепи, подключенной к переменному току, имеет полное сопротивление, которое можно определить в виде суммы квадратов реактивного и активного сопротивлений.

Если изобразить это выражение в виде графика, то получится треугольник сопротивлений. Он образуется, если рассчитать последовательную цепь всех трех видов сопротивлений.

По этому треугольному графику можно увидеть, что катеты представляют собой активное и реактивное сопротивление, а гипотенуза является полным сопротивлением.

Сопротивлением в электротехнике называют такую величину, которая характеризует противодействие отдельность части электрической сети или ее элементов электрическому току. Это основано на том, что сопротивление изменяет электрическую энергию и конвертирует ее в другие типы. Например, в сетях с переменных электротоком происходят необратимые изменения энергии и ее передача между участниками этой электроцепи.

Сопротивление как физическую величину трудно переоценить, так как она является одной из ключевых характеристик электричества в сети и прямо или пропорционально определяет силу тока и напряжение. Этот материал познакомит с такими понятиями как: активное сопротивление и реактивное сопротивление в цепи переменного тока, как проявляется зависимость активного сопротивления от частоты.

Какое сопротивление называется реактивным, какое активным

Активное электросопротивление — это важный параметр электрической сети, который обуславливает превращение электрической энергии, поступающей в участок электроцепи или в отдельный элетроэлемент в любой другой тип энергии: химическую, механическую, тепловую, электромагнитную. Процесс превращения при этом считаю необратимым.

Реактивное сопротивление по-другому называется реактансом и представляет собой сопротивляемость элементов электроцепи, которые вызывается измерением силы электротока или напряжения из-за имеющейся емкости или индуктивности этого элемента. При реактансе происходит обменный процесс между отдельным компонентом сети и источником энергии. Часто это понятие относят к простому электрическому сопротивлению, однако оно отличается некоторыми моментами.

Какие отличия

Отличия этих типов электросопротивления в том, что «внутри» активностного типа энергия не накапливается, так как она попадает в активностый элемент и отдается окружающей среде в виде другого ее типа. Это может быть тепло или механическое поднятие груза, свечение, химическая реакция, задание чему-либо скорости.

Важно! Преданная электроэлементу с активностным электросопротивлением энергия преображается и конвертируется, но не возвращается в сеть.

Сопротивляемость же реактивная, наоборот, копит энергию внутри себя за ¼ всего периода синусоидального электротока, а за следующую четверть возвращает ее обратно в сеть. То есть, в окружающую среду полученная энергия не передается.

В активностном типе фазы электрических токов и напряжения совпадают, следовательно, выделяется некоторое количество электроэнергии. В реактивном виде фазы электротока и напряжения расходятся, поэтому энергия передается обратно. Это во многом объясняет то, что активностные электроэлементы нагреваются, а реактивные — нет.

От чего зависит активное сопротивление

Активное электросопротивление зависит от сечения проводника. Это значит, что полезным сечением при электротоке с высокой частотой будет только тонкий наружный слой проводника. Из этого исходит также то, что активностное электросопротивление только возрастает с увеличением частоты электротока переменного типа.

Для того чтобы уменьшить поверхностный эффект проводника, по которому течет электроток высокой частоты, его изготавливают трубчатым и покрывают напылением металла, хорошо проводящего электрический ток, например, серебром.

В чем измеряется реактивное сопротивление

Само по себе, явление реактанса характерно только для цепей с электрическим током переменного типа. Обозначается оно латинской буквой «X» и измеряется в Омах. В отличие от активностного варианта, реактанс может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Знак «+» или «-» соответствует знаку, по которому сдвигается фаза электротока и напряжения. Знак положительный, когда ток отстает от напряжения и отрицателен, когда кот опережает напряжение.

Важно! Абсолютно чистое реактивное электросопротивление имеет сдвиг фазы на ± 180/2. То есть, фаза «двигается» на π/2.

Как правильно измерять сопротивление

При работе с радиоаппаратурой иногда требуется измерять не только активностное, но и реактивное электросопротивление (индуктивность и емкость). Для измерений применяют косвенный метод использования мультиметра, а более точные значения получают при мостовом методе.

Косвенный метод наиболее прост в своей реализации, так как не требует дополнительных схем включения. Одна требуется наличие трех отдельных приборов: амперметра, вольтметра и ваттметра. Если измерить напряжение и силу электротока в цепи, то можно получить полное электросопротивление: Z=U*I После измерения активностной мощности P, можно получить величину активного сопротивления отдельного элемента: R= P/I².

Области проявления

Реактанс электросопротивления проявляется в емкости и индукции. Первое обуславливается наличием емкости проводниках и обмотках или включением в электрическую цепь переменного тока различных конденсаторов. Чем выше емкость потребителя и угловой частоты сигнала электротока, тем меньше емкостная характеристика.

Сопротивляемость, которую оказывает проводник переменному току и электродвижущей силе самоиндукции, называется индуктивным. Оно зависит от индуктивности потребителя. Чем выше его индуктивность и выше частота переменного электротока, тем выше индуктивное электросопротивление. Выражается оно формулой: xl = ωL, где xl — это электросопротивление индукции, L — индуктивность, а ω — угловая частота тока.

Емкостный реактанс электросопротивление проявляется, например, в конденсаторе, который накапливает электроэнергию в виде электромагнитного поля между своими обкладками. Индуктивное электросопротивление можно наблюдать в дросселе, который накапливает энергию в виде магнитного поля внутри своей обмотки.

Активностным же электросопротивлением может обладать любой резистор, линии электропередач, обмотки трансформатора или электрического двигателя.

Таким образом, активный резист и реактанс во многом отличаются друг от друга не только разницей по названию, но и по физическим свойствам. Первый вид превращает электроэнергию в другой вид и отдает ее в окружающую среду. Второй же — возвращает ее обратно в электросеть.

Цепь переменного тока. Активное сопротивление

Цепь переменного тока. Активное сопротивление  [c.308]

Активным сопротивлением Н в цепи переменного тока называют сопротивление, в котором происходит потеря энергии, выделяющейся в виде тепла. Подобное сопротивление в цепи постоянного тока называют омическим сопротивлением. При протекании переменного тока по активному сопротивлению напряжение на нем совпадает по фазе с током.  [c.98]

Для цепей, не содержащих стали, при промышленных частотах активное сопротивление можно принимать равным омическому г. Мощность цепи переменного тока (активная)  [c.208]

Для исследования состояния поверхности металлических образцов и процессов адсорбции на ней, а также свойств окисных и защитных изоляционных пленок на поверхности металла применяют емкостно-омический метод (рис. 358). Емкость и сопротивление исследуемого электрода определяют компенсационным методом — подбором соответствующих величин емкости и сопротивления Rs на мостике переменного тока с осциллографом в качестве нуль—инструмента. В электрохимических исследованиях этот метод сочетают с поляризационным методом, измеряя импеданс (полное активное и реактивное сопротивление цепи переменного тока) при различных значениях потенциала исследуемого электрода (см. 166).  [c.465]

АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА  [c.240]

Отсюда средняя мощность на участь е цепи переменного тока равна произведению квадрата действующего значения силы тока lia активное сопротивление R участка цепи  [c.241]

Найдите среднюю мощность, выделяющуюся на активном сопротивлении в цепи переменного тока при амплитудном значении силы тока 2 А и амплитудном значении напряжения 310 В.  [c.296]

Найдите активное сопротивление электрической лампы накаливания, включенной в цепь переменного тока с действующим напряжением 220 В, при этом выделяется средняя мощность 100 Вт.  [c.296]

Найдите резонансную частоту последовательной цепи переменного тока конденсатора емкостью 10 мкФ и катушки индуктивностью 1 Гн с активным сопротивлением 10 Ом.  [c.296]

Фиг. 7. Цепь переменного тока, содер жащая последовательно включенные активное, индуктивное и емкостное сопротивления.

Можно провести аналогию между этим соотношением и параметрами электрической цепи. В цепи переменного тока с напряжением и и полным сопротивлением (импедансом) Z течет ток I. Эти величина для переменного тока связаны законом Ома U = = ZI. Если Z — чисто активное сопротивление (Z = R), то U = = RI. В общем случае импеданс является величиной комплексной  [c.68]

Цепь переменного тока, содержащая только активное сопротивление (рис. 6.10)  [c.299]

Предельный коэффициент эффективности акустического излучения. В цепях переменного тока с последовательным соединением мощность, расходуемая источником э.д. с., идет на нагревание активного сопротивления. Индуктивная нагрузка накапливает энергию в форме энергии магнитного поля и периодически обменивается ею с источником напряжения. Аналогичный процесс осуществляется и в поле при излучении акустических волн мощность источника энергии излучателя поглощается в виде потока энергии аку-  [c.200]

Таким образом, мощность, связанная с реактивной частью импеданса, аналогична мощности, потребляемой индуктивностью в цепи переменного тока, а сама реактивная часть 1т 2 — индуктивному сопротивлению катушки. Активная же часть Не 2 = р с ЗоЯ определяет мощность, необратимо теряемую источником на излучение в среду, и она эквивалентна активному сопротивлению электрической цепи. Поэтому эквивалентная схема акустического импеданса пульсирующей сферы может быть представлена параллельно соединенными катушкой и омическим сопротивлением.  [c.208]

Если цепь переменного тока состоит только из активных сопротивлений (лампы накаливания, дуговые лампы, прямолинейные проводники небольшой длины), то напряжение и ток совпадают по фазе.  [c.35]

Если цепь переменного тока содержит, кроме активного сопротивления, также и индуктивное сопротивление, то напряжение и ток не совпадают по фазе. В этом случае, в зависимости от соотношения между индуктивным и активным сопротивлением, ток будет отставать по фазе от напряжения на тот или другой угол.  [c.35]

Реактивные катушки 1 и 2 включаются в цепь переменного тока. У катушки 1 зазор между якорем 3 и сердечником изменяется под действием измеряемой силы давления Р, а у катушки 2 зазор между якорем 4 и сердечником остается постоянным. Катушки / и 2 присоединены к трехобмоточному трансформатору о так, что включенный в третью обмотку измерительный прибор 6 показывает разность токов катушек 1 и 2, зависящую от величины измеряемой силы давления Р. Сменные активные сопротивления 7 служат для установления желаемых пределов измерений.  [c.581]

Активное сопротивление в цепи переменного тока  [c.36]

Активное, индуктивное и емкостное сопротивления в цепи переменного тока  [c.36]

Общие сведения. Включение активных сопротивлений (резисторов) для регулирования тока сопровождается дополнительными потерями энергии. Эти потери особенно значительны в цепях с большими токами и в случаях, когда работа с включенными резисторами продолжительна. Поэтому в цепях переменного тока  [c.143]

Коэффициент кг (меньше единицы) показывает, что падение напряжения в активных сопротивлениях цепей переменного тока влияет на среднее выпрямленное напряжение только в период выпрямления, поскольку в период коммутации э. д. с., передаваемая в цепь тяговых двигателей, равна нулю. Ориентировочные значения приведенных коэффициентов 1—1,1 г=0,7н-0,8.  [c.189]

Если дуга включена в цепь переменного тока последовательно с активным сопротивлением, то мгновенные значения напряжения  [c.50]

В цепях переменного тока различают активное, индуктивное и емкостное сопротивления.  [c.12]

В, электрических цепях переменного тока с реактивными сопротивлениями различают три вида мощности полную 5, активную Р и реактивную Q. Полная мощность 5 электроустановки переменного тока состоит из мощности, расходуемой в активном сопротивлении Р и реактивной части мощности О, (геометрическая сумма).  [c.14]

Метод измерения тепловой активности жидкостей по амплитуде пульсации температуры малоинерционной плоской фольги был предложен в 1960 г. Л. П. Филипповым [1]. Идея метода заключается в том, что при нагреве малоинерционного датчика переменным током его сопротивление пульсирует с удвоенной частотой. Такое периодическое изменение сопротивления в цепи переменного напряжения приводит к появлению компоненты переменного тока утроенной частоты. Амплитуда колебания тока определяется коэффициентом тепловой активности среды х = в которой нахо-  [c.206]

Для иллюстрации физического смысла мы вернемся к рассмотренной нами электрической аналогии (см. П1-2), но уже для случая питания цепи, состоящей из активного сопротивления г самоиндукции Ь и емкости С, напряжением переменного тока  [c.167]

При 11ебольших частотах переменного тока активное сопротивление проводника не зависит от частоты и практически совпадает с его электрическим сопротивлением в цепи постоянного ггока.  [c.241]

Электрическое сопротивление активное, реактивное и полное (комплексное). В цепи переменного тока различают активное и реактивное сопротивления. Первым обладает участок цепи, в котором отсутствует индуктивность или емкость. Реактивное сопротивление может быть индуктивным, равным о)(где Ь — индуктивность, а со — круго-  [c.247]

Резонанс. Явления резонанса возникают в цепях переменного тока при равенстве индуктивного и ёмкостного сопротивлений или при равенстве индуктивной и ёмкостной проводимости. В этих случаях контур по отношению внешней цепи является безиндуктивным, как бы состоящим из одного активного сопротивления.  [c.521]

Активное сопротивление цепи переменного тока больще омического сопротивления той же цепи при протекании по ней постоянного тока, причиной чего являются вытеснение тока и потери в стали (если цепь содержит сталь). Для цепей, не содержащих стали, при промышленных частотах активное сопротивление Га можно принимать равным омическому г.  [c.340]

В схеме замещения (см.рис.6) pgHo- комплексный вектор источника гармоничных колебаний давления (напора) — аналог электродвижущей силы в цепи переменного тока Xt—инерционное внутреннее сопротивление машины, числовое значение которого равное Rt ИЦН х , x q. инерционные гидросопротивления (на которых отсутствуют диссипативные потери тепла) для учета конечного количества лопастей Хш, г ah, Xjq, r Q, х ех, r ex—инерционные активные гидросопротивления для моделирования соответственно гидравлических, объемных и механических потерь в РЦН.  [c.21]

Действующие значения напряжения и тока. Соотношения между амплитудными и действующими значениями. Активное и реактивное сопротивления. Индуктивное и емкостное сопротивления. Примеры индуктивных и емкостных сопротивлений в электротехнике. Полное сопротивление цепи. Последовательное и параллельное соединение активных, индуктивных и емкостных сопротивлений. Закон Ома для цейи переменного тока. Мощность переменного тока. Активная и реактивная мощность. Полная мощность переменного тока. Коэффициент мощности.  [c.318]

Применение тиристорной схемы управления позволяег простыми средствами бесступенчато регулировать обороты электродвигателя. Диоды Д7—Д10 в цепи управления тиристоров Д5 и Д6 установлены для предотвращения возникновения импульса обратной полярности на управляющем электроде. Резисторы R1 и R2 включены для выравнивания углов зажигания тиристоров. Сдвиг фазы управляющего напряжения относительно напряжения питания тиристоров осуществляется с помощью фазовращателя, который представляет собой цепь переменного тока, содержащую активное, индуктивное и емкостное сопротивления. При изменении сопротивлений резисторов R3 и R4 фаза управляющего напряжения тиристоров сдвигается в идеальном случае от О до 180°, практически л[c.332]

Изменение тока в электрической цепи (включение, выключение) вызывает появление в ней ЭДС самоиндукции, препятствующей этому изменению. При увеличении тока она направлена против ЭДС источника напряжения, а при уменьшении тока, она мешает ему исчезнуть. Сопротивление в цепи, возникающее в результате действия ЭДС самоиндукции, называется индуктивным, а сопро-тивл 1ние проводников цепи—активным. Вся мощность, получаемая цепью переменного тока, называется кажущейся и состоит из активной и реактивной — мощностей. Активная мощность расходуется на нагрев. В двигателях переменного тока большая часть активной мощности превращается в механическую. Реактивная мощность обусловлена наличием магнитных и электрических полей в индуктивностях и емкостях цепей. В цепи с индуктивной нагрузкой нельзя избежать наличия реактивной мощ-  [c.31]

Питание цепи переменного тока осуществляется от генератора 1 через автотрансформатор 2. В режиме сииусоидальиои индукции обмотка образца питается через измерительный трансформатор тока 3 (ключ К в нижнем положении, ключ К2 замкнут), вторичная обмотка которого имеет незначительное активное сопротивление в намагничивающей цепи соблюдается условие х г, что обеспечивает синусоидальность индукции 286  [c.286]

Под активным сопротивлением R понимается сопротивление проводника, измеренное при прохождении по нему переменного тока. Сопротивление проводника, измеренное при постоянном токе, называется омическим. В одной и той же электрической цепи активное сопротивление больше омического. При низких частотах переменного тока разница между активным и омическим сопротивлением проводника мала и ее можно не учитывать. В цепи переменного тока с активным сопротивлением (идеальный частный случай) напря.жение и вызванный им ток совпадают по фазе, т. е. кривые напряжения и тока одновременно проходят через нулевые и амплитудные значения (рис. 8 а). На векторной диаграмме этой цепи векторы напряжения и тока совпадают по направлению.  [c.12]

В любой электрической цепи переменного тока вокруг проводников с током возникает магнитное поле, следовательно электрическая цепь всегда обладает индуктивностью. Если переменное напряжение приложить к катушке индуктивности, ток в цепи будет меньше в сравнении с тем током, который бы протекал при наличии одного активного сопротивления катуш ки. ЭДС самоиндукции катушки противодействует периодическим изменениям переменного тока, т. е. в катушке возникает дополнительное препятствие (кроме активного сопротивления) прохождению по ней переменного тока. Противодействие катушки индуктивности переменному току, измеряемое в омах, условно назвали индуктивным сопротивлением Индуктивное сопротивление пропорционально индуктивности цепи и частоте переменного токя Xц=2n f L. Коэффициент 2л  [c.12]

Обозначения h(H) — высота оси вращения i3jj — наружный диаметр сердечников статоров (для асинхронных двигателей) Р — номинальная мощность 7 — номинальное напряжение питания /ц —номинальное значение силы тока — номинальная частота вращения вала — номинальный момент max — максимальная частота вращения вала т — коэффициент полезного действия Ля — сопротивление якорной обмотки Лд — сопротивление дополнительных полюсов (на дополнительных полюсах располагается компенсационная обмотка, которая включается последовательно с обмоткой якоря и предназначена для улучшения процесса коммутации в щеточно-коллекторном узле) — сопротивление обмотки возбуждения — индуктивность обмотки якоря J — момент инерции якоря S — номинальное скольжение М ах> — максимальный и пусковой момент на валу соответственно (для асинхронных двигателей) — пусковой ток os ф — коэффициент мощности (отношение активной мощности цепи переменного тока к полной мощности, чем ближе к единице, тем лучше).  [c.194]

В начале развития коллекторных двнга-1 лей для улучшения коммутации применяли туигировку дополнительных полюсов омн-меским сопротивлением. В этом случае по 1кону сложения токов в разветвлённых цепях переменного тока ток в шунтирующем активном сопротивлении опережает ток в обмотке дополнительных полюсов на ГОЛ а (фиг. 71), представляющих собой реактивное (главным образом) и активное сопротивление.  [c.609]

---

Что такое полное электрическое сопротивление или импеданс?

Отбросьте в сторону все ваши умные книги — мы займемся практикой.

Вы когда-либо пробовали разобраться, что такое полное электрическое сопротивление, которое еще называют импедансом? Если раньше вы уже успели окунуться в эту тему, то скорее всего, уже нахватались жаргонных словечек, таких как «фазовый вектор», «соотношения фаз» и даже «реактивное сопротивление». Какого черта, что все это значит?

Не все из нас по образованию инженеры-электрики. Некоторые в свободное время просто возятся с электроникой, но никогда не касаются строгих математических обоснований, которые вы изучали в университете. Однако это не означает, что отсутствие понимания, что такое полное электрическое сопротивление должно стать препятствием. Если вы планируете работать с электронными устройствами переменного тока, то вам нужно знать, что такое полное сопротивление, и как оно влияет на вашу электрическую цепь.

Давайте выясним это!

Не совсем яблочко от яблоньки

Лучший способ понять, что же такое полное электрическое сопротивление – это сравнить его с чем-то уже вам известным, скажем – «простым» сопротивлением. Так мы сможем дать исчерпывающее определение полного электрического сопротивления одной фразой:

Полное электрическое сопротивление – это вид сопротивления, зависящее от частоты.

Вот и всё. Сейчас вы можете остановиться и записать еще одно слово в ваш словарь инженера-электрика. Просто и понятно: полное электрическое сопротивление – вид сопротивления, которое зависит от рабочей частоты электрической цепи. Но, разумеется, это еще не всё.

Резисторы выполняют в цепи постоянного тока чрезвычайно простую работу. Они оказывают сопротивление току, протекающему через какой-либо металл, например медь. Вы добавляете резистор на 220 кОм в цепь постоянного тока, и получаете определенное уменьшение тока, который втекает в резистор с одной стороны, и вытекает из него с другой стороны. Резисторы, подобно другим чисто омическим компонентам электрической цепи, не думают о том, какую же частоту выдает источник тока. Они просто делают то, что должны делать – оказывают некое постоянное сопротивление току.

Но что произойдет, если вы начнете работать с электроникой с питанием от источника переменного тока? Источник переменного тока не просто дает 5 В для питания вашей схемы. Кроме нового источника тока вы получили новые переменные, с которыми необходимо считаться. Например, сюда входит заранее известная частота переменного тока в сети питания. В Соединенных Штатах Америки частота тока в электрической сети составляет 60 колебаний в секунду (60 Гц). За океаном, в Европе, частота тока в сети 50 Гц.

В отличие от постоянного тока (DC), график которого представляет собой

прямую линию, переменный ток (АС) колеблется с определенной частотой.

В итоге получается следующее: в электронных устройствах, использующих переменный ток, необходимы не только активные компоненты, такие как резисторы, задачей которых является оказание сопротивления электрическому току, также нужны компоненты, которые могут реагировать на изменения тока и частоты, например конденсаторы и катушки индуктивности. В противном случае электрическая схема не будет работать так, как задумывалось. Зная все это уже можно посчитать полное сопротивление, которое является старшим братом активного сопротивления. Полное электрическое сопротивление включает в себя и активное, и реактивное сопротивления. Это можно записать в виде выражения:

Полное сопротивление = активное сопротивление + реактивное сопротивление

Но что такое реактивное сопротивление?

Реактивное сопротивление бывает двух видов в зависимости от используемого реактивного компонента. Сюда входит:

Индуктивное реактивное сопротивление

Оно встречается в цепях, где есть своего рода электромагниты, влияющие на магнитное поле электрической цепи. Еще их называют катушками индуктивности. Катушки индуктивности имеют низкое полное электрическое сопротивление на низких частотах и высокое полное электрическое сопротивление на высоких частотах.

Разные катушки индуктивности. Обратите внимание на общность

конструкции – медный провод намотан на магнит, образуя катушку.

Емкостное реактивное сопротивление

Оно встречается там, где электрическое поле между двумя проводящими поверхностями вызывает накопление заряда. Такие устройства еще называют конденсаторами. Конденсаторы имеют высокое полное электрическое сопротивления на низких частотах и низкое полное сопротивление на высоких частотах.

Конденсаторы встречаются всех форм и размеров.

Соберем электрическую цепь переменного тока из резисторов, катушек индуктивности и конденсаторов. Теперь вы сможете не только оказывать сопротивление электрическому току, но и накапливать и высвобождать энергию. Если резисторы сохраняют постоянное сопротивление вне зависимости от изменяющихся условий, то сопротивление катушек индуктивности и конденсаторов изменяется в зависимости от частоты проходящего через них электрического сигнала. Когда конденсаторы и катушки индуктивности вместе оказывают сопротивление и накапливают/высвобождают энергию, тогда и говорят о полном электрическом сопротивлении.

Как измерить полное электрическое сопротивление

Соединим все детали вместе в простую электрическую цепь. Взглянем на рисунок ниже: это цепь с источником питания постоянного тока. Ток течет через резистор. Весьма просто, верно? Чем больше сопротивление резистора в цепи, тем меньше будет ток.

Простая цепь постоянного тока с резистором

на 100 Ом для ограничения силы тока.

Что произойдет, если мы добавим в электрическую цепь источник питания переменного тока, катушку индуктивности и конденсатор? Теперь в цепи есть два дополнительных компонента, каждый из которых по своему оказывает сопротивление электрическому току. Как и резистор, они оба препятствуют прохождению электрического тока, при этом также воздействуют на ток. Если суммировать активное сопротивление резистора и активное и реактивное сопротивления конденсатора и катушки индуктивности, то получится полное электрическое сопротивление или импеданс.

В цепи переменного тока последовательно соединены резистор, катушка индуктивности и конденсатор

Постойте! Чтобы рассчитать полное электрическое сопротивления недостаточно просто сложить активные и реактивные сопротивления. Обычно в большинстве учебных пособий с этого момента начинается изобилие математических формул, поэтому дальше читайте не спеша.

Расчет полного электрического сопротивления конденсатора

Чтобы найти полное электрическое сопротивление конденсатора, вы можете воспользоваться следующей формулой. В ней Xc – полное электрическое сопротивление, которое необходимо найти. Оно измеряется в Омах. Переменная f – это частота сигнала, проходящего через конденсатор, а C – емкость конденсатора.

Расчет полного электрического сопротивления катушки индуктивности

Чтобы найти полное электрическое сопротивление катушки индуктивности, вы можете воспользоваться следующей формулой. В ней XL – полное электрическое сопротивление, которое необходимо найти. Оно измеряется, опять же, в Омах. Переменная f – это частота сигнала, проходящего через катушку индуктивности, а L – индуктивность.

Эти формулы правильны и прекрасны, если вы хотите рассчитать полное электрическое соединение отдельных компонентов электрической цепи, но что же делать, если нужно найти полное сопротивление всей цепи? Теперь все еще более усложняется.

Перед тем, как мы перейдем к нашей последней формуле, мы хотим предложить вашему вниманию калькулятор полного электрического сопротивления, который может упростить вам жизнь: Калькуляторы полного сопротивления от Keisan.

Расчет полного электрического сопротивления цепи

Чтобы выполнить расчет, вам необходимо обратиться за помощью к теореме Пифагора. Как мы уже рассказали выше, в цепях переменного тока действуют и активное, и реактивное сопротивления, вместе образуя полное электрическое сопротивление. Но простое суммирование активного и реактивного сопротивления не имеет смысла. Мы можем объяснить, почему это так, но тогда нам придется рассказать о премудростях фазовых векторов и о правилах работы с ними, а для этого понадобится отдельный блог.

Когда вы сталкиваетесь с расчетом полного электрического сопротивления всей цепи, вам может помочь то, что называется треугольником сопротивлений, который показан на рисунке ниже.

Треугольник сопротивлений упрощает расчет

полного электрического сопротивления цепи.

Наиболее важная часть этого треугольника – его гипотенуза, дает величину полного сопротивления цепи, которое представляет собой квадратный корень из суммы квадратов активного и реактивного сопротивлений. Если вы подставите их в данную формулу, то сможете найти полное сопротивление электрической цепи. В ней Z – это искомое полное электрическое сопротивление цепи, R – полное активное сопротивление, X – полное реактивное сопротивление.

Практическое применение полного электрического сопротивления

Становится понятно, в конце концов, что после всех наших объяснений разобраться, что такое полное электрическое сопротивление, несложно, не так ли? Существуют десятки бесплатных калькуляторов, которые помогут вам выполнить расчеты. Что вам на самом деле нужно – это знать, что полное сопротивление работает так же, как активное сопротивление, ограничивая ток в цепи переменного тока.

Способность таких компонентов, как конденсаторы и катушки индуктивности реагировать на постоянные изменения переменного тока, делает их уникальными. Благодаря полному сопротивлению в вашей цепи можно организовать нечто похожее на электрический щит с защитными автоматами, которые реагируют на неожиданные скачки электричества, защищая от выгорания домашнюю электропроводку. Можно также сказать спасибо полному сопротивлению за то, что вы можете носить с собой ноутбук с полностью заряженным аккумулятором, не опасаясь его взрыва.

Когда дело доходит до работы с устройствами с питанием от источника переменного тока, будь то ноутбук или электрощит в вашем доме, стоит быть благодарным полному электрическому сопротивлению. И помните, полное электрическое сопротивление – это просто старший брат привычного активного сопротивления, который объединяет активное и реактивное сопротивления в одной простой формуле.

Сопротивление в цепи переменного тока. (11 класс)

1. АКТИВНОЕ, ЕМКОСТНОЕ И ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 11 класс

НАГРУЗКА В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО
ТОКА
РЕАКТИВНАЯ
Индуктивная
АКТИВНАЯ
Емкостная

3. АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

• Электрические устройства, преобразующие
электрическую энергию во внутреннюю,
называются активными сопротивлениями.
15 Ом

4. АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

• От чего зависит активное сопротивление
проводника?

5. АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Рассмотрим сначала цепь, состоящую из одного лишь
сопротивления , подключённого к синусоидальной ЭДС:
• Из второго правила Кирхгофа для такой цепи
можно сделать следующие три вывода:
• 1) ток через сопротивление совершает гармонические колебания в
одной фазе с напряжением;
• 2) максимальная сила тока (достигается при значении синуса,
равном единице) ;
• 3) связь амплитуд силы тока и напряжения на сопротивлении
формально совпадает с законом Ома для участка цепи с постоянным
током.

6. АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

i
u
R

7. ЕМКОСТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

• Емкостное сопротивление — величина,
характеризующая сопротивление, оказываемое
переменному току электрической емкостью

8. ЕМКОСТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

9. ЕМКОСТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Рассмотрим цепь, состоящую из одной лишь ёмкости , подключенной к
синусоидальной ЭДС. Второе правило Кирхгофа для такой цепи
Тогда сила тока .
Величина
называется ёмкостным сопротивлением.
Можно сделать следующие три вывода:
1) ток в цепи совершает гармонические колебания, опережая по фазе
напряжение на
;
2) максимальная сила тока
;
3) связь амплитуд силы тока и напряжения на конденсаторе формально
совпадает с законом Ома для участка цепи в случае постоянных токов.

10. ЕМКОСТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Почему конденсатор оказывает конечное
сопротивление переменному току? Ведь между
обкладками конденсатора – диэлектрик, а
значит, цепь разомкнута, и её сопротивление
должно быть очень большим. Этот факт имеет
простое объяснение. Переменный
электрический ток не проходит сквозь
конденсатор, а представляет собой
периодически повторяющийся процесс
зарядки и разрядки конденсатора.

11. ЕМКОСТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

i,
u
i
u
t
0
Uc
Ic

12. ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Индуктивное сопротивление- величина,
характеризующее сопротивление, оказываемое
переменному току индуктивностью цепи

13. ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

14. ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Рассмотрим цепь, состоящую из одной лишь катушки индуктивности ,
присоединённой к синусоидальной ЭДС. Второе правило Кирхгофа для
такой цепи
Интегрируя, получаем:
Величина
называется индуктивным сопротивлением.
Можно сделать следующие три вывода:
1) ток через индуктивность совершает гармонические колебания и отстаёт
от напряжения по фазе на
;
2) максимальная сила тока
;
3) связь амплитуд силы тока и напряжения на индуктивности формально
совпадает с законом Ома для участка цепи в случае постоянных токов.

15. ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

i,
u
i
u
t
U
0

16. ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

17. Сравнить накал лампочек, подключённых к синусоидальному и постоянному напряжениям. Накал лампочек для рисунка (а) одинаков.

Одинаковый накал лампочек на рис (а)
означает, что напряжения источника
постоянного тока равно эффективному
напряжению источника переменного тока
Если в обе цепи включить конденсатор
достаточно большой ёмкости (б), то лампочка в
цепи источника переменного тока будет попрежнему гореть ярко, поскольку ёмкостное
сопротивление переменному току обратно
пропорционально ёмкости и, следовательно,
будет мало. В цепи постоянного тока накал
отсутствует, поскольку между обкладками
конденсатора диэлектрик, и цепь разомкнута.
анализируя формулу
.
Постоянный ток означает, что циклическая частота
,
и, значит,
.
Если в обе цепи включить катушку достаточно большой индуктивности, то ток в цепи источника
переменного тока будет мал из-за большого индуктивного сопротивления, лампочка погаснет, а в цепи
источника постоянного тока лампочка по-прежнему будет гореть ярко, поскольку индуктивное
сопротивление постоянному току равно нулю. Действительно, в случае постоянного тока
,и
индуктивное сопротивление
.

18. Метод векторных диаграмм

1) Вектор
направлен вдоль оси 0x
так как напряжение на активном
сопротивлении колеблется в одной фазе
с током.
U 0 U 0 R U 0 L U 0C
2) напряжение на индуктивности
опережает ток по фазе на
, вектор
повёрнут относительно оси 0x на угол
против часовой стрелки, т.е. направлен
вдоль положительного направления оси
0y.
3) напряжение на ёмкости отстаёт от
тока по фазе на
, вектор
повёрнут относительно оси 0x на угол
по часовой стрелке, т.е. направлен
вдоль отрицательного направления
оси 0y.
Сначала удобно сложить противоположно направленные вектора
и
сумма равна вектору, направленному вдоль оси 0y и по величине равному
. Их
,
где реактивное сопротивление цепи. Далее по теореме Пифагора
находим величину результирующего вектора
Величина
называется полным
сопротивлением цепи.

20. закон Ома для переменного тока

21. Пример Рассчитать допустимую амплитуду напряжения генератора в электрической цепи на рис, если пробой конденсатора наступает

при напряжении U=500 В.
Параметры схемы: C=10 мкФ, L= 1Гн, R=3 Ом, частота
генератора 50 Гц.

22. Cдвиг фаз между током в цепи и суммарным напряжением на концах цепи

• Сдвиг фаз равен углу
между векторами
и . Из
прямоугольного
треугольника
1
L
I0 X X
C
tg
I0R R
R

Сопротивления в цепи переменного тока

Сопротивления в цепи переменного тока

Категория:

Сварка металлов

Сопротивления в цепи переменного тока

В цепях переменного тока различают активное, индуктивное и емкостное сопротивления.

Под активным сопротивлением R понимается сопротивление проводника, измеренное при црохождении по нему переменного тока. Сопротивление проводника, измеренное при постоянном токе, называется омическим. В одной и той же электрической цепи активное сопротивление больше омического. При низких частотах переменного тока разница между активным и омическим сопротивлением проводника мала и ее можно не учитывать. В цепи переменного тока с активным сопротивлением (идеальный частный случай) напряжение и вызванный им ток совпадают по фазе, т. е. кривые напряжения и тока одновременно проходят через нулевые и амплитудные значения. На векторной диаграмме этой цепи векторы напряжения и тока совпадают по направлению.

В любой электрической цепи переменного тока вокруг проводников с током возникает магнитное поле, следовательно электрическая цепь всегда обладает индуктивностью. Если переменное напряжение приложить к катушке индуктивности, ток в цепи будет меньше в сравнении с тем током, который бы протекал при наличии одного активного сопротивления катушки. ЭДС самоиндукции катушки противодействует периодическим изменениям переменного тока, т. е. в катушке возникает дополнительное препятствие (кроме активного сопротивления) прохождению по ней переменного тока. Противодействие катушки индуктивности переменному току, измеряемое в омах, условно назвали индуктивным сопротивлением. Индуктивное сопротивление пропорционально индуктивности цепи и частоте переменного тока. Коэффициент обусловлен круговым движением, связанным с периодом синусоидальной волны тока (напряжения).

Индуктивное сопротивление XL при постоянном токе равно нулю. По этой причине недопустима ошибочная подача постоянного напряжения на электрические машины и аппараты переменного тока — в этом случае в их обмотках возникает очень большой постоянный ток, разрушающий их своим тепловым действием.

Рис. 1. Взаимоиндукция

Рис. 8. Совпадение (а) и сдвиг (б) по фазе синусоидальных напряжений и токов

Индуктивность электрической цепи вызывает сдвиг по фазе между приложенным переменным напряжением и током, вызванным этим напряжением. В цепи с чистой индуктивностью (идеальный частный случай) ток отстает на четверть периода (90°) от приложенного напряжения.

Электрический ток возникает под действием электрического поля, поэтому всякая электрическая цепь обладает некоторой емкостью С. Способность накапливать электрические заряды с одновременным повышением потенциала до определенного уровня называется электрической емкостью. Для получения необходимых емкостей применяют электрические конденсаторы. В некоторых случаях влияние емкостей на режим цепи незначительно и его можно не учитывать.

Если к электрической цепи, замкнутой на емкость, приложить постоянное напряжение, то ток возникает только в момент включения и прекращается, когда емкость заряжается до напряжения источника. Переменное напряжение, приложенное к этой же цепи, изменяется периодически и вместе с ним периодически изменяется заряд емкости. Переменный ток создает переменный ток заряда и разряда. Конденсаторы различной емкости вызывают в цепи разные токи заряда и разряда. Конденсатор можно рассматривать как некоторое сопротивление переменному току, т: е. включенный в цепь переменного тока он вносит в нее дополнительное емкостное сопротивление, измеряемое в омах. Чем больше переменный ток, тем меньше емкостное сопротивление конденсатора . Емкостное сопротивление цепи обратно пропорционально емкости конденсатора и частоте переменного тока.

Таким образом, индуктивность и емкость вносят дополнительные сопротивления в цепь переменного тока и вызывают сдвиг по фазе между приложенным напряжением и током, возникающим под действием этого напряжения. Причем индуктивность и емкость вызывают фазовые сдвиги противоположного направления, т. е. как бы компенсируют друг друга.

Индуктивное XL и емкостное Хс сопротивления являются условными величинами, их возникновение обусловлено реакцией цепи на изменения тока и напряжения в ней, поэтому оба эти сопротивления называются реактивными. Индуктивное и емкостное сопротивления называют еще безваттными сопротивлениями, т. к. на их преодоление никакой мощности не затрачивается. На индуктивном сопротивлении XL энергия источника расходуется на создание только ЭДС самоиндукции, т. е. превращается в энергию магнитного поля — происходит попеременный обмен энергией между источником тока и магнитным полем катушки. На емкостном сопротивлении Хс энергия источника расходуется на создание электрического поля — происходит попеременный обмен энергией между источником тока и электрическим полем конденсатора.

Реклама:

Читать далее:

Мощности в цепях переменного тока

Статьи по теме:

Сопротивление реактивное — Справочник химика 21

    Гаситель пульсации, как всякое неоднородное включение в трубопроводную систему, оказывает сопротивление движению потока. Полное сопротивление такого включения состоит из активной и реактивной составляющих, причем активная составляющая характеризует потери энергии потока на преодоление сил трения, а реактивная — перераспределение колебательной энергии гармоник в спектре колебаний давления. [c.502]
    Реактивные гасители основаны на принципе акустического фильтра, который не пропускает пульсаций на определенной частоте, зависящей от акустической массы и акустической емкости жидкости, заключенной в гасителе. Активное сопротивление реактивных гасителей невелико и не определяет их эффективности. Реактивные гасители имеют строго дискретный спектр гащения. [c.122]

    Электрическое сопротивление нефтепродуктов своеобразно изменяется с температурой. На рис. 40 приведены кривые изменения электрического сопротивления реактивного топлива плотностью Р20 =0,789 и содержащего около 0,003% растворенной воды, в диапазоне температур от —25 до 200 °С [1в]. [c.152]

    Кроме того, условием, необходимым для работы дуговой печи, через которую с огромной скоростью продувается струя воздуха, является, как уже сказано выше, стабилизация режима горения дуг. С этой целью в электрическую цепь печи вводят необходимые индуктивные сопротивления (реактивные или дроссельные катушки), обеспечивающие, во-первых, понижение напряжения на дуге в момент понижения ее сопротивления для ограничения силы проходящего через дугу тока и, во-вторых, подачу нужного высокого напряжения в момент зажигания дуги, когда сопротивление ее весьма велико. [c.386]

    Угол б называется углом диэлектрических потерь из (1.11) видно, что тангенс угла диэлектрических потерь реального конденсатора равен отношению его активного сопротивления в последовательной схеме замеш ения к сопротивлению реактивного участка этой цепи. [c.13]

    Для реактивных четырехполюсников сопротивления холостого хода и короткого замыкания представляют собой сопротивления реактивных двухполюсников и, следовательно, можно записать  [c.12]

    Как видим, при весьма малых а практически можно считать все сопротивление реактивным (ввиду малости 7 по сравнению с У). Поэтому при малых а, принимая во внимание (64) и (70) и вспомнив прежние обозначения, можно полагать [c.768]

    Активные гасители (рис. 11.2) работают по принципу поглощения и рассеивания энергии пульсирующего потока в результате преодоления упругих сил вязкого или внутреннего трения. Их реактивное сопротивление незначительно активное сопротивление может быть включено последовательно (а, б) или параллельно (в). Активные гасители наиболее эффективно работают на высоких частотах, так как активное сопротивление пропорционально квадрату скорости, или в данном случае — частоты. [c.503]

    Для исследования состояния поверхности металлических образцов и процессов адсорбции на ней, а также свойств окисных и защитных изоляционных пленок на поверхности металла применяют емкостно-омический метод (рис. 358). Емкость и сопротивление исследуемого электрода определяют компенсационным методом — подбором соответствующих величин емкости и сопротивления Из на мостике переменного тока с осциллографом в качестве нуль—инструмента. В электрохимических исследованиях этот метод сочетают с поляризационным методом, измеряя импеданс (полное активное и реактивное сопротивление цепи переменного тока) при различных значениях потенциала исследуемого электрода (см. 166). [c.465]

    Реактивные и активные сопротивления короткой сети и печной установки. Расчет параметров х и г) произведен по методу, разработанному ЛенНИИГипрохимом, результаты расчета сведены в табл. 24. [c.141]

    Значение реактивных и активных сопротивлений печной установки мощностью 60 МВА [c.141]

    Участок Реактивные сопротивления Активные сопротивления  [c.141]

    Сопротивления повороту, оказываемое последними, вызывает на краях отверстий реактивные моменты, уменьшающие прогибы пластинки и которые можно рассматри,вать. как приложенные [c.452]

    Пульсирующая сфера представляет собой поверхность, радиус которой tq колеблется с амплитудой А по гармоническому закону с круговой частотой (о. Полное комплексное сопротивление излучения пульсирующей сферы складывается из активной Rg и реактивной Xg частей  [c.51]

    Как упоминалось выше, для предотвращения перегрузки трансформаторов, возможной при увеличении проводимости электрического контура внутри электродегидратора, последовательно с первичной обмоткой трансформаторов включают реактивные катушки РОМ-13 6 мощностью 5 ква. При прохождении тока через катушку на ней возникает определенное падение напряжения в результате ее индуктивного сопротивления. Вследствие этого напряжение на первичной обмотке трансформатора снижается. Чем больше сила тока, том больше падает напряжение на реактивной катушке и тем меньше напряжение на трансформаторе. При коротком замыкании в трансформаторе почти все напряжение приходится на долю катушки, и сила тока в цепи ограничивается ее индуктивным сопротивлением. [c.60]

    Индуктивность реактивной катушки РОМ-13/6 при включении всех витков составляет 0,1 гн, а ее индуктивное сопротивление при частоте тока 50 пер сек равно 31,4 ом. [c.60]

    Для предотвращения аварийных ситуаций пр коротких замыканиях в высоковольтной цепи дегидратора повышающие трансформаторы включают последовательно с ограничителями тока, в качестве которых обычно употребляют катушки реактивной мощности, часто называемые просто реакторами (рис. 2.13). Увеличение силы тока в первичной цепи приводит к возрастанию сопротивления реактора и к увеличению на нем падения напряжения, что в свою очередь обусловливает уменьшение напряжения на первичной обмотке повышающего трансформатора и уменьшение силы тока в первичной цепи. [c.38]

    Если Уно — максимальное значение реактивного (емкостного-сопротивления нагрузки, то минимально необходимое индуктивное сопротивление реактора будет определяться равенством [c.42]

    Сварочные трансформаторы имеют падающую вольт-ампер-ную характеристику благодаря наличию реактивного индуктивного сопротивления во вторичной цепи, величину которого можно изменять, ограничивая тем самым максимальную величину сварочного тока. У трансформаторов типа СТЭ такое реактивное сопротивление (регулятор) оформлено в виде самостоятельного агрегата, который последовательно включен в цепь вторичной обмотки трансформатора. [c.94]

    Под знаком суммы второго члена этого уравнения могут находиться такие внешние силы, как гравитационные, молекулярного притяжения, электростатические, а также силы, возникающие в результате воздействия на каплю несущего потока [13]. Последний член уравнения представляет собой реактивную силу, сообщаемую капле отходящими парами. Для расчетов тепло- и массообмена в вихревом газовом потоке преимущественное значение имеют центробежная сила (Рц) и сила вязкого сопротивления среды (F ), как наиболее важные по интенсивности действия и определяющие характер движения капли. Тогда суммарное воздействие сил, приложенных к капле, с учетом названных сил запишется следующим образом  [c.176]

    Однако, поскольку в схему моста входит источник переменного тока, балансировка моста осложнена влиянием индуктивностей и емкостей всей цепи. Емкость электролитической ячейки и цепи приводит к тому, что наряду с активной составляющей сопротивления измеряется реактивная составляющая. Выбирая оптимальные значения частоты и плотности тока, кон- [c.106]

    Реактивные гасители (рис. 11.3) основаны на принципе акустического фильтра, препятствующего прохождению пульсации определенной частоты, которая зависит от массы и давления газа в ячейках гасителя. Активное сопротивление таких гасителей или гораздо меньше реактивного, или не определяет характера их работы. Реактивные гасители имеют сугубо дискретный спектр гашения. По виду амплитудно-частотной характеристики реактивные гасители можно разделить на широкополосные (а), резонансные (б) и смешанного типа (в). [c.503]

    Хп — реактивное сопротивление. Ом/км (для проводов принимается равным 0,6)  [c.53]

    Применявшаяся нами электрическая измерительная схема неравновесного высокочастотного резонансного моста описана в [1, с. 254]. Эта схема позволяла регистрировать и записывать мгновенные значения изменений реактивного сопротивления датчика (йС, пропорциональные изменения локальной объемной концентрации бог или порозности бе = —бо. По-видимому, более однозначно связанной с объемной концентрацией твердой фазы а и менее зависящей от деталей структуры, является не реактивная составляющая сопротивления измерительного зонда, а тангенс угла диэлектрических потерь в материале зерен слоя [67, с. 291. [c.83]

    Текучесть. Как и следовало предполагать, повышение температуры размягчения приводит к снижению текучести или тенденции к проседанию при температурах ниже температуры размягчения. Разработан метод, позволяющий измерять сопротивление текучести, которое сообщает каучук каменноугольным пекам, используемым в покрытиях, стойких к действию реактивного топлива. Этот же метод [c.219]

    Простая установка с динамометром показана на рис. П-5. Весь узел привода смонтирован на упорном подшипнике и расположен выше сосуда с перемешиваемой жидкостью. При вращении мешалки создается механическое усилие, которому противодействует жидкость. Сопротивление жидкости передается от вала двигателя к мотору. Этот реактивный крутящий момент вызывает вращение привода на упорном подшипнике в направлении, [c.41]

    При переменном токе полное сопротивление системы равно сумме активного и индуктивного (реактивного) сопротивлений  [c.209]

    Однако изменения сопротивления реактивной катушки можно добиться электрическим путем. С этой целью на сердечник (рис. 1-13,6) наматывается управляющая обмотка Шу, с помощью которой производится подмаг-ничивание сердечника постоянным током. От величины /у будет зависеть индуктивное сопротивление реактивной катушки переменному току. Зависимость такова с увеличением тока подмагничивания уменьшается индуктивное сопротивление и возрастает ток в нагрузочной цепи, и наоборот. Таким образом, магнитный усилитель позво-48 [c.48]

    Использование электродных аналогов двойного электрического слоя электрода под током, простейшие из которых представлены на рис. 14.1, позволило разработать методы экспериментального разделения общей поляризационной емкости на ее слагаемые. Методы эти, однако, являются ирибллженными, так как двойнослойная и псевдоемкость взаимосвязаны и изменение одной приводит к изменению другой. Тем не менее они нашли широкое применение и дали возможность получить ценную информацию о поведении границы раздела электрод — электролит в условиях электродной йоляризации. Наиболее часто используются мостовые и другие схемы на переменном токг, которые позволяют находить величину, называемую импедансом 2 и характеризующую полное сопротивление (активное — R и реактивное — С) электрической цепи переменному току. Для цепи, моделирующей электрод, импеданс определяется уравнением [c.289]

    Ороситель приводится в движение действием реактивного момента, возникающего при истечении пленочной струи, паправлениой в разные стороны относительгю оси вращения. Момент трения в подвеске оросителя и момент, обусловленный сопротивлением среды, а также гидравлическими потерями, компенсируется встроенной [c.170]

    Допускаемые расхождения между параллельными определениями пределов прочности образцов резин после испытания в реактивных топливах не должны превышать 10% среднего арифметического значения. Считают, что топливо прошло испытание, если после контакта с ним образцы резины имеют сопротивление разрьту не менее 8,5 МПа, а относительное удлинение не менее 100%. [c.149]

    В связи с зависимостью удельного сопротивления осадка от многих факторов и возникновением уравнения (111,39) сопоставлены величины удельного сопротивления с показателем степени в упомянутом уравнении, который назван кинетическим параметром [151]. Исследовано разделение 15 водных суспензий неорганических реактивных солей при плотности твердых частиц 2,1 — 7,0 г-см и среднем размере их в основном 5—30 мкм. Лабораторные опыты проведены на фильтре с перегородкой из фильтро-миткаля поверхностью 36 см при постоянной разности давлений З-Ю Па. Установлено, что удельное сопротивление осадка меньше для частиц с большей плотностью (хлорид талия), когда наблюдается быстрое оседание частиц и фильтрование происходит при скорости, приближающейся к постоянной это соответствует значениям т, близким к 1. Найдено, что удельное сопротивление осадка больше для тонкодисперсных частиц (сульфат бария), что соответствует значениям т, близким к 0,5. Отмечено, что соответствие между удельным сопротивлением осадка и кинетическим параметром лишь приближенное, причем в некоторых случаях расхождение существенное. Это объяснено влиянием искажающих микрЬ-факторов. [c.141]

    Исследована зависимость удельного объемного сопротивления осадков ряда неорганических солей, образующихся при разделении их водных суспензий на фильтре, от концентрации твердых частиц в суспензии [206]. Использованы сульфаты кальция, бария и стронция, карбонат кальция, фторид лития и фосфат магния (МдНР04) реактивной степени чистоты, что сводит влияние примесей на удельное сопротивление осадка до минимума размер [c.188]

    Виброгашение. Под виброгашением понимают умепь-ше 1ие уровня вибраций защищаемого объекта при введении в систему дополнительных реактивных сопротивлений. Чаще всего это достигается при установке агрегатов на виброгасящие основания (рис. 9.3). Массу фундамента подбирают таким образом, чтобы амплитуда колебаний подошвы фундамента [c.105]

    При турбулентном характере потока образуются зоны вращательного движения газа, появляется дополнительное упругоинерционное воздействие на газовый поток, которое и характеризует реактивную часть полного сопротивления. Гасители, у которых реактивная часть сопротивления мала по сравнению с активной, можно считать чисто активными наоборот, гасители, активная часть сопротивления которых мала по сравнению с реактивной,—чисто реактивными. [c.503]

    Вязкости от 0,5 до 3-10 сП могут быть измерены в реометре сопротивления. Этот аппарат в принципе аналогичен прибору Брукфильда. Он состоит из цилиндра (оканчивающегося с обеих сторон, конусами), вращающегося в сосуде с испытуемым материалом. Сопротивление испытуемого материала вращению шпинделя, передаваемое свободно подвешенному мотору, компенсируется градуированной пружиной. С корпусом мотора, испытывающим реактивный вращательный момент, связан указатель, который непр ывнр показывает вязкость на неподвижной шкале. [c.111]

    Каменноугольный деготь в дорожных покрытиях. Смеси камен ноугольного дегтя с каучуком используют в дорожных покрытиях, стойких к действию реактивного топлива, и в смесях для герметизации стыков в цементобетоне. Благодаря введению эластомера повышается сопротивление изменению физических свойств от температуры. Деготь в большей степени, чем битум, хрупок при низкой температуре и излишне мягок при высокой температуре. Нит-рильные каучуки в виде крошки или гранул чаш,е всего используют во взлетно-посадочных полосах и площадках для стоянки самолетов, где происходит утечка авиационного топлива. [c.239]

    Усилитель постоянного тока и линейные операционные блоки АВМ. Основным элементом большинсгва блоков электронных АВМ является операционный усилитель постоянного тока. Он состоит из трех элементов — собственно усилителя, цепи отрицательной обратной связи и входной цепи. Эти цепи могут содержать как активные, так и реактивные сопротивления. Усилители конструируют так, чтобы они имели очень большой (10″ —10 ) отрицательный коэффициент усиления по напряжению. Это означает, что напряжение, подаваемое с выхода усилителя через цепь обратной связи на ei o вход, уменьшает величину входного напряжения. При выполнении этого условия потенциал на входе усилителя относительно земли очень мал, а входной ток практически отсутствует. Усилитель обладает линейной характеристикой, если выходное напряжение не превышает допустимого значения. В ламповых усилителях это предельное значение составляет 100 В, в полупроводниковых— 10 или 30 В. Входное и выходное-напряжения усилителя имеют разные знаки. [c.327]

    Теплогенерация за счет электрической энергии реализуется преодолением активного (омического) сопротивления, поэтому при использовании перемеиного тока нужно стремиться к уменьшению реактивного (индуктивного) сопротивления, являющегося следствием рассеяиия магнитной энергии. В отличие от постоянного тока при переменном токе эффект теплогенерации, кроме общего падения напряжения, зависит еще и от частоты тока. [c.239]

    При разработке печей-теплогенератрров с электрическим режимом работы следует стремиться к соэдзегию такой конструкции, когда большая часть общего активного сопротивления сосредоточена в зоне технологического процесса. При этом увеличивается соотношение между активным и реактивным сопротивлениями, повышается os ф и наиболее эффективно используется электрическая энер- [c.241]

    Входное и выходное сопротивления газопровода представляют собой эквивалентное сопротивление току, входящему в тело газопровода из земли и выходящему из тела газопровода (рис. 2), и содержат активную и реактивную составляющие. В общем случае не следует определять как входное сопротивление длинной линии с распределенными параметрами. На высоких частотах можно пренебречь активной составляющей входного и выходного сопротивлений и считать их чисто емкостными (Хв и Хвых), равными сопротивлению конденсаторов, образованных участками трубопровода длиной Lb x и землей. [c.105]

---

РЕАКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

ТЕОРИЯ: ПОНЕМНОГУ — ОБО ВСЕМ

        1.6. Реактивное сопротивление.

    Если через обмотку катушки индуктивности с магнитопроводом (сердечником) пропустить переменный ток, изменяющийся по синусоидальному закону simt (см. рис. 3), возникнет, как мы говорили, магнитный поток, намагничивающий магнитопровод. Ток и магнитный поток в магнитопроводе будут также переменными и возбудят в обмотке ЭДС индукции. Она равна напряжению на выводах катушки, и в то же время пропорциональна скорости изменения магнитного потока. В итоге напряжение будет сдвинуто по фазе на -90° относительно тока. Это значит, что ток отстает по фазе на 90° от напряжения.
    Ток, протекающий через катушку, называется реактивным, и в отличие от тока через активное сопротивление, он не приводит к расходованию мощности. Кроме того, напряжение на катушке при фиксированном токе пропорционально частоте, следовательно, сопротивление катушки возрастает с частотой. Напряжение на катушке может быть рассчитано по закону Ома, в который в качестве сопротивления надо подставить индуктивное сопротивление катушки: X_L = jL = j2fL (индуктивное сопротивление). Перед обозначением реактивного сопротивления ставят символ j, в математике обозначающий мнимую величину, равную квадратному корню из -1.
    Посмотрим теперь, что получится, если к пластинам конденсатора приложить переменное напряжение, изменяющееся по синусоидальному закону simt. Через конденсатор потечет переменный ток, вызванный тем, что пластины конденсатора должны будут перезаряжаться столько раз в секунду, сколько раз ток изменяет свое направление. Заряд на пластинах прямо пропорционален приложенному напряжению (q = CU), а ток пропорционален скорости изменения заряда (I = dq/dt).
    Таким образом, ток через конденсатор также реактивный, но опережает напряжение на 90°. Ток пропорционален частоте, следовательно, емкостное сопротивление конденсатора обратно пропорционально частоте: Х_с = 1/jС = -j/С (емкостное сопротивление).
    Зависимости реактивных сопротивлений от частоты показаны на рис. 6,а. В реальных электрических цепях встречаются как реактивные, индуктивные и емкостные, так и активные сопротивления. Вместе они образуют комплексные, или полные сопротивления, обозначаемые буквой Z и математически представляющие собой комплексные числа, содержащие действительную R и мнимую X части: Z = R + jX (полное сопротивление).

Рис. 6

    Как складываются активные сопротивления при последовательном и параллельном соединении, мы уже изучали (рис. 2,г), и теперь нам осталось сказать, что и полные сопротивления складываются точно так же, только не надо забывать про знак реактивного сопротивления и символ j.
    Будет очень полезно, если вы немного потренируетесь и попробуете написать полное сопротивление цепей, содержащих различным образом включенные катушки индуктивности, конденсаторы и резисторы (рис. 6, б-д). Очень скоро вы убедитесь, что одно и то же полное сопротивление на одной, заданной частоте могут иметь цепи, выполненные по-разному, и это открывает возможность их преобразования.
    Например, цепь из последовательно соединенных резистора и конденсатора можно заменить цепью, где те же элементы включены параллельно, но, разумеется, номиналы у них будут другими. Также легко убедиться, что при последовательном соединении двух катушек их индуктивности складываются, а вот емкости складываются при параллельном соединении конденсаторов. Ну а теперь перейдем к обещанному рассказу о трансформаторах.

---

Радио, 1998

Калькулятор коэффициента мощности

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

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

Активная, реактивная и полная мощность

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

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

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

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

Треугольник силы

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

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

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

S² = P² + Q²

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

Формула коэффициента мощности

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

Формула коэффициента мощности:

Коэффициент мощности = P / S

Например, коэффициент мощности 0,87 означает, что 87% тока, подаваемого в цепь, выполняет реальную работу.Остальная мощность, а точнее 13%, должна быть предоставлена ​​для компенсации реактивной мощности.

Как рассчитать коэффициент мощности?

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

P / S = cos φ

Поскольку коэффициент мощности равен отношению реальной мощности к полной,

Коэффициент мощности = cos φ

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

Сопротивление, реактивное сопротивление и импеданс

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

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

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

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

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

Z² = R² + X²

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

Активная мощность, Реактивная мощность, Комплексная мощность и Полная мощность

Сегодня большинство электрических нагрузок работают от сети переменного тока.Каждая электрическая нагрузка обладает определенным сопротивлением. Некоторые нагрузки, помимо сопротивления, обладают емкостью или индуктивностью. Общий импеданс, обеспечиваемый нагрузкой току, определяет, сколько активной и реактивной мощности она будет потреблять. Понятия активной мощности, реактивной мощности и полной мощности могут быть немного сложными для понимания. Приведенный ниже контент может помочь вам понять их.

Схема потока мощности

Активная мощность или активная мощность

Активная мощность — это фактическая мощность, рассеиваемая или потребляемая электрической нагрузкой.Это зависит от полного сопротивления нагрузки. Активная мощность также известна как Истинная мощность и Реальная мощность . Измеряется в ваттах. Активная мощность обозначается буквой P.

.

Активная мощность не вызывает сдвига фаз между током и напряжением. Следовательно, ток и напряжение всегда в фазе для резистивной нагрузки.

Реактивная мощность

Реактивная мощность может быть определена как мнимая мощность в емкостной или индуктивной нагрузке. Оно измеряется в ВАР (реактивное сопротивление вольт-ампер) и обозначается буквой Q.

Реактивная мощность может немного сложно понять. Это происходит в системе, когда напряжение и ток в цепи переменного тока не совпадают по фазе. Пассивные устройства, такие как конденсаторы и катушки индуктивности, на самом деле не рассеивают мощность, а, в свою очередь, хранят ее в виде электрических зарядов или магнитного поля. Эту накопленную энергию можно будет восстановить в устройствах позже. Следовательно, это форма энергии, которая не теряется и не приобретается, но при этом не влияет на производительность системы. Несмотря на то, что емкостные и индуктивные нагрузки не рассеивают мощность, это вызывает нежелательные провалы напряжения и протекание тока в системе.

Скорость, с которой активная мощность и реактивная мощность потребляемая нагрузкой определяется коэффициентом мощности нагрузки.

Комплексная и полная мощность

Комплексная мощность — это комплексная сумма активной и реактивной мощностей. Полная мощность — абсолютное значение комплексной мощности. Это расчетное значение мощности, не зависящее от типа нагрузки. Оно измеряется в ВА (вольт-ампер) . Кажущаяся мощность обозначается буквой S.Это похоже на мощность в цепи постоянного тока, то есть арифметическое произведение напряжения и тока.

Расчет активной, реактивной, полной и комплексной мощности.

Рассмотрим простую схему с сопротивлением R, Реактивное сопротивление X и импеданс Z. Пусть V — приложенное напряжение, а I — ток. расход в контуре.

Активная мощность или Реальная мощность или Истинная мощность полностью зависит от сопротивления цепи в чисто резистивной нагрузке. Следовательно, активную мощность можно выразить следующим образом.

Активная мощность, P = (Ток) ² x Сопротивление = I ² R

Если цепь является чисто реактивной (сопротивление = 0), активная мощность должна быть равна нулю. Реактивную мощность в чисто реактивной цепи можно рассчитать по следующей формуле:

Реактивная мощность, Q = (ток) ² x Реактивное сопротивление = I ² X

В чисто реактивной цепи ток опережает напряжение или отстает от него в зависимости от типа реактивного сопротивления (индуктивного или емкостного).В цепи переменного тока, имеющей как резистивные, так и реактивные компоненты, потребляемая мощность может быть рассчитана по следующей формуле:

Треугольник силы

Активная мощность, P = VI.Cos Φ

Реактивная мощность, Q = VI.Sin Φ

Комплексная мощность S = VI.CosΦ + j.VI.SinΦ

Полная мощность, | S | = VI = I ² Z

Где Z — полное сопротивление, обеспечиваемое схемой протеканию тока, а Φ — фазовый сдвиг между током и напряжением.

Часть 12: Коэффициент мощности переменного тока

12.1 Коэффициент мощности

В разделах 11.3 и 11.4 мы видели, что для идеальных конденсаторов и катушек индуктивности возможно протекание тока и отсутствие рассеивания мощности. В разделах 11.5, 11.6 и 11.7 мы обнаружили, что даже когда цепь имеет некоторое сопротивление, если фазовый угол () между напряжением и током велик, то рассеивается очень мало мощности. В таких случаях P = UI недействителен как метод определения рассеиваемой мощности, равно как и не действительный метод определения тока, протекающего в цепи.Из рисунков 11.7 и 11.5 видно, что с большим фазовым углом синфазная или активная составляющая тока будет меньше, чем квадратурная или реактивная составляющая. Таким образом, ток, синфазный с напряжением и, следовательно, ответственный за рассеиваемую мощность, будет значительно меньше, чем полный ток, протекающий в цепи.

Несмотря на все это, произведение тока и напряжения по-прежнему используется в цепях переменного тока и называется полной мощностью , (ВА), что дает значение вольт-ампер, (ВА).Термин кажущаяся мощность вводит в заблуждение, поскольку предполагает, что полная мощность рассеивается, однако, как мы обнаружили ранее, мощность, рассеиваемая в цепи переменного тока, называется активным , истинной или реальной мощностью (в ваттах), выдает:

Полная мощность определяется как:

Эти определения верны при любых обстоятельствах и если питание синусоидальное:

Из раздела 10.1 мы можем добавить, что:

В преимущественно индуктивной последовательной цепи, где ток отстает от напряжения, коэффициент мощности называется коэффициентом мощности с запаздыванием .Точно так же в преимущественно емкостной последовательной цепи, где ток ведет к напряжению, коэффициент мощности называется опережающим коэффициентом мощности . Коэффициент мощности может варьироваться в определенных пределах, составляя 1 (единица) для чисто резистивных цепей, где фазовый угол равен 0 ° и P = UI; или 0 для чисто реактивных (индуктивных или емкостных) цепей, где фазовый угол составляет 90 ° и P = 0. Примечание:

• , если PF = 1 (т.е. чисто резистивная цепь), активная мощность = полная мощность = UI
• , если PF = 0 (т.е. чисто индуктивная или емкостная цепь) активная мощность = реактивная мощность = UI (раздел 11.3)

Пример

Однофазный двигатель переменного тока потребляет 5 А при отстающем коэффициенте мощности 0,7 при подключении к источнику питания 240 В, 50 Гц. Рассчитайте потребляемую мощность двигателя. Если КПД двигателя составляет 70%, рассчитайте мощность.

Пример

Цепь 200 В переменного тока состоит из последовательно включенного резистора 40 Ом и конденсатора с реактивным сопротивлением 30 Ом. Рассчитайте ток и коэффициент мощности.

В качестве альтернативы коэффициент мощности можно было бы рассчитать на основе значений истинной и полной мощности.

Коэффициент мощности можно определить, если вольтметр, амперметр и ваттметр подключены к цепи (рисунок 12.1). Тогда коэффициент мощности равен показанию вольтметра, умноженному на показание амперметра, разделенному на показание ваттметра. Также доступен прибор, называемый измерителем коэффициента мощности, но они не распространены.

Рисунок 12.1: Размещение вольтметра (V), амперметра (A) и ваттметра (W) для измерения коэффициента мощности.

12.2 Компоненты питания

Мы уже видели на рисунках 11.5 и 11.7, что можно считать, что ток цепи имеет синфазных и квадратурных составляющих . Аналогичным образом можно разделить на составляющие вольтамперы или полную мощность. На рисунке 12.2 показан треугольник мощности для резистивно-индуктивной цепи, где реактивная мощность и полная мощность ниже активной мощности, поскольку ток в цепи отстает от напряжения питания.В этом случае говорят, что кажущаяся мощность отстает. Из простой тригонометрии, поскольку cos  = Вт / ВА, истинная мощность (активная или активная мощность) составляет угол с полной мощностью, этот угол также является фазовым углом для рассматриваемой цепи.

На рисунке 12.3 показан треугольник мощности из резистивной и емкостной цепи, где реактивная мощность и полная мощность превышают активную мощность, поскольку ток в цепи опережает напряжение питания. Реактивная мощность считается ведущей.Если схема содержит емкостные и индуктивные элементы, то, будет ли опережение реактивной мощности или запаздывание, будет зависеть от баланса между емкостным и индуктивным реактивными сопротивлениями.

Рисунок 12.2: Схема питания резистивной и индуктивной цепи.

Рисунок 12.3: Схема мощности резистивной и индуктивной цепи.

Из рисунка 12.2:

• Активная мощность (или истинная мощность, или действительная) — рассеиваемая или потребляемая мощность: она будет рассеиваться в резистивной части схемы.Рассчитайте, умножив синфазный ток на напряжение питания или P = UI cos . Обозначается буква P, а единицы измерения — ватты (Вт) или киловатты (кВт).
• Полная мощность (или вольт) — произведение напряжения питания и тока цепи (P = UI). Обозначается ВА, а единицы измерения — вольтамперы (ВА) или киловольтамперы (кВА).
• Реактивная мощность — мощность, которая постоянно рециркулируется через не резистивные части цепи (т.е. индуктивности и емкости).Рассчитывается путем умножения квадратурного тока на напряжение питания или VA _r = UI sin. Символ — VA _r , а единицы измерения — вольтамперы (ВА) или киловольтамперы (кВА).

По Пифагору:

Пример

Резистор 10 Ом и емкостное реактивное сопротивление 20 Ом подключены последовательно к источнику питания 240 В. Рассчитайте полную мощность, истинную мощность, реактивную мощность и коэффициент мощности.

12.3 Добавление коэффициентов мощности

Нагрузки с разными коэффициентами мощности на один и тот же источник питания можно добавить, используя диаграмму мощности, чтобы показать результирующие вольт-амперы и коэффициент мощности. Сумма выполняется с использованием полной мощности каждой нагрузки.

Пример

Однофазная нагрузка состоит из:

(i) 12кВт освещения и обогрева при единичном коэффициенте мощности,

(ii) 8кВт двигателя при отстающем коэффициенте мощности 0,8, и

(iii) 10 кВА двигателей с запаздыванием коэффициента мощности 0,7.

Рассчитайте (a) общий коэффициент мощности, (b) общий коэффициент мощности _r , (c) общий коэффициент мощности, (d) общий коэффициент мощности и (e) общий коэффициент мощности ток питания при 240В.

Сумма показана на рис. 12.4a, b и c, где все значения даны в масштабе. На рисунках 12.4a, b и c показаны диаграммы мощности для резистивных или индуктивных нагрузок, поэтому: истинная мощность отводится горизонтально, реактивная мощность отводится вертикально ниже этого уровня, а полная мощность также ниже горизонтальной, но под углом.

Нагрузка (i): При единичном коэффициенте мощности кВт = кВА, таким образом, нагрузка 12 кВт = 12 кВА, изображена горизонтальной линией в подходящем масштабе длиной 12 единиц.

Загрузка (ii):

Угол запаздывания имеет косинус 0,8, поэтому равен 36,9 °. Линия, равная 10 единицам, представляет мощность 10 кВА, составляющую угол 37 ° с горизонтом.

Эти первые две нагрузки складываются вместе, образуя параллелограмм, чтобы получить результирующую букву «А», показанную пунктирной линией на рисунке 12.4a.

Нагрузка (iii): дана в кВА, угол равен косинусу 0,7, следовательно, 45,6 °, поэтому под этим углом к ​​горизонтали проведена линия длиной 10 единиц. Затем эта нагрузка добавляется к полученному A и дает общую кВА для B, измеренную как 28,1 кВА (рисунок 12.4b). Синфазная (горизонтальная) составляющая этой нагрузки составляет 25,4 кВт и представляет собой истинную потребляемую мощность. Квадратурный (вертикальный) компонент составляет 11,9 кВА _на и представляет реактивные киловольтамперы. Угол, образованный нагрузкой, составляет 25 °, а косинус этого угла — коэффициент мощности, равный 0.91 запаздывание (рисунок 12.4c).

нужна подпись lolz x xkldsgdjkfabv

12,4 кВА и текущие характеристики

Может показаться, что в расчете полной мощности нет особого смысла, но это очень полезная величина. В системах постоянного тока легко рассчитать ток, который будет протекать через часть оборудования, поскольку мы знаем, что напряжение источника питания и номинальная мощность оборудования, вероятно, будут указаны. Уравнение P = UI можно использовать для определения потребляемого тока, например, лампы мощностью 60 Вт, подключенной к источнику постоянного тока 24 В.

Рисунок 12.5: Волновые диаграммы мощности в: (а) резистивной цепи и (б) резистивной и индуктивной цепи. Обратите внимание, что v, i и p не отображаются в одном масштабе.

Мгновенные значения могут использоваться в любой схеме, так что p = vi всегда действителен. В цепи переменного тока, которая является чисто резистивной, ток и напряжение синфазны, коэффициент мощности равен единице, и можно использовать среднеквадратичное значение, так что P = UI верно, давая реальную мощность в ваттах.На рисунке 12.5 показана волновая диаграмма такой схемы и показано, что пиковое напряжение совпадает с пиковым током.

На рисунке 12.5b показана волновая диаграмма индуктивной цепи с теми же кривыми тока и напряжения, что и на рисунке 12.5a, но с фазовым углом () между ними. Рисунок 12.5 демонстрирует, что, когда волны тока и напряжения не совпадают по фазе, а пиковый ток не соответствует пиковому напряжению, меньше мощности рассеивается при таком же количестве тока, чем если бы волны синфазны.Таким образом, хотя в любой момент времени p = vi , P = UI не действует. Следовательно, для цепи переменного тока с индуктивными и / или емкостными компонентами UI продукта дает полную мощность (VA = UI), и пока коэффициент мощности не равен единице, VA больше, чем P.

Источники питания переменного тока

часто измеряются в кВА, чтобы избежать путаницы в отношении коэффициента мощности. Например, если выходная мощность трансформатора 240 В рассчитана на 30 кВт, он может выдавать 30 кВт / 240 В = 125 А, однако он может выдавать только 30 кВт, если он передает эту мощность на резистивную нагрузку.Если нагрузка является индуктивной и резистивной (например, двигатель), ток будет отставать от напряжения, и будет доступно меньшее количество активной мощности (хотя может подаваться тот же ток, рисунок 12.5), поэтому трансформатор фактически не выдает 30 кВт мощности. активная мощность, но полная мощность 30 кВА. Следовательно, рейтинг 30 кВА будет справедливым для нагрузок с любым коэффициентом мощности, тогда как рейтинг 30 кВт на самом деле означает, что максимум 30 кВт может быть доставлен на чисто резистивную нагрузку, но на другие нагрузки, у которых коэффициент мощности меньше единицы, мощность будет меньше.Используя кВА и зная напряжение питания, мы все равно можем определить, какой ток может подаваться, даже если мы не знаем коэффициент мощности нагрузки. Чтобы рассчитать активную мощность, нам нужно знать коэффициент мощности нагрузки.

Машины

переменного тока также часто оцениваются как кВА, потому что они могут работать с различным напряжением питания. Например, однофазный двигатель 4 кВА будет потреблять 4 кВА / 240 В = 16,7 А от источника питания 240 В и 36,36 А от источника питания 110 В. Мы рассчитали это, не зная коэффициента мощности и, следовательно, не зная активной мощности, потребляемой двигателем.Если бы двигатель был рассчитан на кВт, нам нужно было бы знать коэффициент мощности, чтобы узнать, какой ток он будет потреблять.

Пример

Однофазный двигатель мощностью 3,73 кВт на полной мощности имеет КПД 85% и питается от источника питания 240 В. Рассчитайте его ток полной нагрузки, если он работает при коэффициенте мощности (i) единице (ii) 0,85 с задержкой (iii) 0,6 с задержкой.

(i) коэффициент мощности = 1:

Следовательно:

(ii) коэффициент мощности = 0,85:

Следовательно:

(iii) коэффициент мощности = 0.6:

Следовательно:

Обратите внимание, что номинальная выходная мощность машины будет в кВт, следовательно, это потребляемая активная мощность — потери. В этом примере выходная мощность корректируется с учетом КПД, а затем определяется полная мощность, чтобы можно было рассчитать ток. Обратите внимание, что ток, необходимый для обеспечения той же выходной мощности, увеличивается при уменьшении коэффициента мощности с единицы, так что вы фактически получаете меньше кВт на ампер.

Хотя коэффициент мощности двигателя меняется в зависимости от нагрузки, он обычно выше при полной нагрузке, чем при более низких нагрузках.Коэффициент мощности при полной нагрузке можно безопасно использовать для расчета номинального тока кабелей, поскольку рост тока из-за снижения коэффициента мощности компенсируется падением тока нагрузки.

12,5 Недостатки низкого коэффициента мощности

Недостатки низкого коэффициента мощности связаны с тем, что нагрузка с низким коэффициентом мощности потребляет большой ток:

(i) Большие кабели, распределительное устройство и трансформаторы могут потребоваться как внутри установки, так и в питающей сети.

(ii) Работа с низким коэффициентом мощности вызывает трудности при работе на высоковольтных линиях электропередачи.

(iii) Из-за воздействия пунктов (i) и (ii) электроэнергетические компании обычно наказывают потребителя, нагрузка которого имеет низкий коэффициент мощности, взимая большую плату за использованную электрическую энергию.

(iv) Внутри установки могут потребоваться большие кабели для передачи дополнительного тока при низком коэффициенте мощности. В качестве альтернативы, дополнительная нагрузка может быть подключена к кабелю, если коэффициент мощности существующей нагрузки, которую он несет, будет улучшен.

(v) Более высокие токи приводят к более высоким потерям в меди в кабелях и трансформаторах.

(vi) Более высокие токи вызывают большее падение напряжения в кабелях, а изменение нагрузки приводит к большему изменению падения напряжения, если коэффициент мощности низкий. Это называется «плохое регулирование напряжения».

Рисунок 12.6: (а) резистивная и индуктивная цепь; (б) векторная диаграмма резистивной и индуктивной цепи; (c) конденсатор, добавленный для увеличения коэффициента мощности; (d) векторная биграмма для той же цепи.

12.6 Коррекция коэффициента мощности

Большинство факторов низкой мощности являются запаздывающими, поскольку они вызваны двигателями и трансформаторами, которые имеют индуктивность и сопротивление, но не имеют емкости. В таких машинах коэффициент мощности можно увеличить, подключив конденсатор параллельно клеммам катушки, как показано на рисунке 12.6c. На рисунке 12.6b показана векторная диаграмма для индуктивной и резистивной нагрузки, такой как двигатель, и видно, что ток I _L отстает от напряжения на ₁ .На рисунке 12.6d показана векторная диаграмма, когда добавлен конденсатор, результирующий ток (I) представляет собой сумму векторов I _RL и L _C , а фазовый угол уменьшается до ₂ ; таким образом улучшается коэффициент мощности.

Коэффициент мощности будет равен единице, когда ток конденсатора равен квадратурной составляющей (I _QRL ) нескорректированного тока (I _RL ) и противоположен ей. Если I _C превышает I _RQ , происходит чрезмерная коррекция, и этой ситуации следует избегать.

Как показано на рисунке 12.6c, скорректированный ток (I) протекает в цепи только до точки ответвления конденсатора, поэтому желательно располагать конденсатор как можно ближе к двигателю. Однако из экономических соображений может потребоваться использование конденсатора большой емкости для корректировки питания всей установки в одной точке. Такие конденсаторы должны быть регулируемыми, чтобы не происходило чрезмерной коррекции при отключении некоторого оборудования.

Пример

Однофазный двигатель 240 В, 5 кВт, 50 Гц, работающий при полной нагрузке с КПД 85%, имеет коэффициент мощности 0.5 отстающих.

1. Рассчитайте ток, потребляемый двигателем при полной нагрузке.
2. Если к клеммам двигателя подключен конденсатор, чтобы повысить общий коэффициент мощности до единицы, рассчитайте;

(i) ток, переносимый конденсатором, и

(ii) емкость конденсатора в микрофарадах.

(а) мощность двигателя 5кВт

так:

(b) (i) Ток конденсатора:

Векторная диаграмма нарисована в масштабе (рисунок 12.7). Во-первых, вектор напряжения, нарисованный по горизонтали произвольной длины, действует как эталон. Вектор тока 35A (нескорректированный ток, потребляемый двигателем, I) затем добавляется под углом cos 0,7 = 45,5 ° с запаздыванием. Ток конденсатора (I _C ), необходимый для корректировки тока цепи (I ₁ ) до единицы, добавляется в виде вертикальной линии, длина которой определяется завершением параллелограмма. Путем измерения ток, переносимый конденсатором, составляет I _C = 25A.

(ii) Емкость:

Следовательно:

Базовая электротехника

Понимание коэффициента мощности | electricaleasy.com

Энергия нужна и используется повсюду в мире. С точки зрения удобства, эффективности и экономии, лучше всего, чтобы мы генерировали, передавали и распространяли его в электрической форме, прежде чем он будет преобразован в требуемый с помощью подходящего оборудования. По тем же причинам экономии и эффективности мы используем переменный ток, а не постоянный ток.На практике мы производим, передаем и распределяем энергию почти исключительно в форме переменного тока. Постоянный ток используется либо в приложениях постоянного тока (машины постоянного тока и электронные схемы), либо в линиях передачи постоянного тока высокого напряжения.

Везде, где используется питание переменного тока, возникает вопрос о коэффициенте мощности.

Коэффициент мощности

• Определяется как « косинус угла между напряжением и током ».
• В цепи переменного тока напряжение и ток идеально совпадают по фазе.
• Но практически между ними существует разность фаз.
• Косинус этой разности фаз называется коэффициентом мощности.
• Его можно определить и математически представить следующим образом:

На рис. (a) выше, можно ясно отметить, что существует разность фаз угла между вектором напряжения и вектором тока.
Коэффициент мощности = cosɸ

Рис. (b) называется Power Triangle
Здесь VI sinɸ = реактивная мощность (в ВАр)
VI cosɸ = активная мощность (в ваттах)
VI = полная мощность (в ВА)
PF = cosɸ = активная мощность ( Вт) / Полная мощность (ВА)

Рис.(c) называется треугольником импеданса
Здесь R = сопротивление, X = реактивное сопротивление, Z = импеданс
Z ² = R ² + X ²
PF = cosɸ = R / Z

Коэффициент мощности может быть запаздывающим, опережающим или единичным.

Отстающий коэффициент мощности

• Когда ток отстает от напряжения, коэффициент мощности цепи называется «запаздывающим».
• Когда цепь индуктивная, коэффициент мощности отстает.
• Нагрузки, такие как асинхронные двигатели, катушки, лампы и т. Д., Являются индуктивными и имеют запаздывание pf.

Ведущий коэффициент мощности

• Когда ток опережает напряжение (или напряжение отстает от тока), коэффициент мощности цепи называется опережающим.
• Когда цепь емкостная, опережает pf.
• Емкостные нагрузки, такие как синхронные конденсаторы, конденсаторные батареи и т. Д., Потребляют опережающий ток. Такие схемы имеют опережающий коэффициент мощности.

Коэффициент мощности Unity

• Коэффициент мощности равен единице (т.е.е. 1) для идеальных схем.
• Когда ток и напряжение совпадают по фазе, PF = 1
• Коэффициент мощности не может быть больше единицы.
• Практически он должен быть максимально приближен к единице.

Если коэффициент мощности низкий, возникают следующие проблемы:

Влияние низкого коэффициента мощности

1. Ток нагрузки
   Мощность в цепи переменного тока может быть задана как: P = VI cosɸ
   Следовательно, cosɸ = P / VI
   I ∝ 1 / cosɸ
   Аналогичное соотношение может быть получено и для трехфазной цепи.Мы видим, что ток обратно пропорционален pf.

   Например, предположим, что мы хотим передать мощность 10 кВА при 100 В
   Если PF = 1,
   I = P / (V cosɸ) = 10000 / (100 x 1) = 100 A
   Если PF = 0,8 ,
   I = P / (V cosɸ) = 10000 / (100 x 0,8) = 125 A
   Следовательно, потребляемый ток выше при низком коэффициенте мощности.

2. Потери: Как указано выше, для низкого pf потребляемый ток будет большим. Следовательно, потери в меди (потери I ² R) также будут высокими.Это снижает эффективность оборудования.
3. Перегрев оборудования: I ² R при потерях выделяется тепло (закон Джоуля). Следовательно, повышение температуры будет относительно большим при низком коэффициенте мощности, что приведет к дальнейшему увеличению нагрузки на изоляцию.
4. Размер проводника: Низкий коэффициент мощности приводит к увеличению тока нагрузки. Если ток нагрузки увеличивается, размер необходимого проводника также увеличивается. Это еще больше увеличит стоимость кондуктора.
5. кВА Номинальная мощность машины: Машины не рассчитываются в кВт при производстве, потому что коэффициент мощности источника питания неизвестен. Вместо этого они оцениваются в кВА.
   Согласно определению, Cosɸ = Активная мощность (кВт) / Полная мощность (кВА)
   Следовательно, номинальная мощность в кВА = 1 / cosɸ
   Следовательно, для низкого коэффициента мощности необходимо оборудование с большей номинальной мощностью кВА. Но чем выше рейтинг кВА, тем больше размер оборудования. Если размер увеличивается, увеличивается и стоимость.
6. Регулировка напряжения: Определяется как разница между конечным напряжением отправки и приема на единицу конечного напряжения отправки.Когда мощность передается с одного конца на другой, напряжение падает по нескольким причинам. Это падение напряжения должно быть в допустимых пределах.
   P = VI cosɸ, поэтому I 1 / V
   При низком коэффициенте мощности ток будет больше, и, следовательно, будет увеличиваться падение напряжения. Следовательно, регулирование напряжения при низком коэффициенте мощности плохое.
7. Активная и реактивная мощность (передаваемая мощность): Активная и реактивная мощность передаются по линии вместе. Для питания нагрузки требуется активная мощность.Реактивная мощность необходима для поддержания напряжения в линии. Но если реактивная мощность больше, то передаваемая активная мощность уменьшается. Для низкого коэффициента мощности активная мощность мала, поскольку cosɸ = активная мощность (Вт) / полная мощность (ВА). Это приводит к неэкономичной работе.

Это результат низкого коэффициента мощности. Для оптимальной работы коэффициент мощности должен быть как можно ближе к единице. Для этого используется оборудование для коррекции коэффициента мощности.

[Также прочтите: Сравнение различных электростанций]

---

Автор: Манодж Арора — студент-электрик и писатель из Гуджарата, Индия.Он пишет стихи и рассказы, когда не погружается в книгу.
Кредиты для Graphics: Kiran Daware.

Мощность и коэффициент мощности в цепях переменного тока [Analog Devices Wiki]

Цель:

В этой лабораторной работе вы определите реальную, реактивную и полную мощность в цепях RC, RL и RLC. Вы также определите величину емкости, которая требуется для корректировки коэффициента мощности в последовательной цепи RL.

Примечания:

Как и во всех лабораториях ALM, мы используем следующую терминологию при описании подключений к разъему M1000 и настройке оборудования. Зеленые заштрихованные прямоугольники обозначают подключения к разъему аналогового ввода-вывода M1000. Контакты аналогового канала ввода / вывода обозначаются как CA и CB. Если сконфигурировано для принудительного измерения напряжения / измерения тока, добавляется –V, как в CA- V , или когда настроено принудительное измерение тока / измерения напряжения, –I добавляется, как в CA-I. Когда канал настроен в режиме высокого импеданса только для измерения напряжения, –H добавляется как CA-H.

Следы осциллографа аналогично обозначаются по каналу и напряжению / току. Например, CA- V , CB- V для сигналов напряжения и CA-I, CB-I для сигналов тока.

Фон:

Для изменяющихся во времени напряжений и токов мощность, подаваемая на данную нагрузку, также изменяется со временем. На этот раз изменяющаяся мощность называется мгновенной мощностью. Мощность в любой момент времени может быть как положительной, так и отрицательной. То есть мощность поступает в нагрузку и рассеивается в виде напора или накапливается в нагрузке в виде энергии, когда она положительна, и выходит из нагрузки (из накопленной энергии в нагрузке), когда она отрицательна.Реальная (или фактическая) мощность, подаваемая на нагрузку, — это среднее значение мгновенной мощности.

Для синусоидальных напряжений и токов переменного тока реальная мощность (P) в ваттах, рассеиваемая в цепи нагрузки RC, RL или RLC, рассеивается только в части сопротивления. В идеальном реактивном элементе, таком как конденсатор или катушка индуктивности, отсутствует рассеиваемая реальная мощность. В реактивном элементе энергия накапливается в течение половины цикла переменного тока и высвобождается (выделяется) в течение второй половины цикла.Мощность реактивного элемента называется реактивной мощностью (Q) и измеряется в варах (вольт-ампер-реактивная мощность).

Реальную мощность (P), рассеиваемую нагрузкой, можно рассчитать следующим образом:

Где R — резистивная часть нагрузки, а I — (истинный) среднеквадратичный ток.

Реактивную мощность в нагрузке можно рассчитать следующим образом:

Где X — реактивное сопротивление нагрузки, а I — среднеквадратичный переменный ток.

Когда нагрузка имеет среднеквадратичное напряжение переменного тока ( В, ) на ней и действующий переменный ток (I) через нее, полная мощность (S) является произведением среднеквадратичного напряжения и среднеквадратичного тока в вольт-амперах (ВА).Полная мощность может быть рассчитана следующим образом:

Если нагрузка имеет как резистивную, так и реактивную части, полная мощность не представляет собой ни активную, ни реактивную мощность. Она называется кажущейся мощностью, потому что в ней используется то же уравнение, что и для мощности постоянного тока, но не учитывается возможная разность фаз между сигналами напряжения и тока.

Треугольник мощности (векторная диаграмма) может быть построен с использованием реальной, реактивной и полной мощности. Реальная мощность расположена по горизонтальной оси, реактивная мощность — по вертикальной оси, а полная мощность образует гипотенузу треугольника, как показано на рисунке 1.

Используя геометрию, S можно рассчитать следующим образом:

Косинус угла θ определяется как коэффициент мощности (pf). Коэффициент мощности представляет собой отношение реальной мощности (P) к полной мощности (S) и рассчитывается следующим образом:

Где θ — это разность фаз между формой волны напряжения (через нагрузку) и формой волны тока (через нагрузку). Коэффициент мощности считается запаздывающим, когда ток нагрузки отстает от напряжения нагрузки (индуктивный), и опережающим, когда ток нагрузки опережает напряжение нагрузки (емкостный).

Активную мощность также можно найти из полной мощности, умножив полную мощность на коэффициент мощности:

Реальную мощность в ваттах, рассеиваемую нагрузкой, можно рассчитать исходя из действительного действующего значения тока резистора и сопротивления следующим образом:

Реактивная мощность в RC-цепи, показанной на рисунке 2, может быть рассчитана с использованием:

Где В _C — среднеквадратичное значение напряжения на конденсаторе, I — среднеквадратичное значение тока конденсатора, а X _C — емкостное реактивное сопротивление.

Реактивная мощность в цепи RL, показанной на рисунке 4, может быть рассчитана с использованием:

Где В _L — действующее значение напряжения на катушке индуктивности, I — действующее значение тока катушки индуктивности, а X _L — индуктивное реактивное сопротивление.

Реактивная мощность в цепи RLC, показанной на рисунке 6, может быть рассчитана с использованием:

Где В _X = В _C — В _L — среднеквадратичное напряжение на суммарном суммарном реактивном сопротивлении, I — действующее значение тока в реактивном сопротивлении, а X = X _C — X _L — это суммарное полное реактивное сопротивление.Среднеквадратичное значение напряжения на полном реактивном сопротивлении равно разнице между напряжением конденсатора ( В, _C ) и напряжением катушки индуктивности ( В, _L ), поскольку напряжения имеют разность фаз 180 ° (не в фазе) между друг другом.

Коррекция коэффициента мощности

Коррекция коэффициента мощности обычно требуется для индуктивных нагрузок, таких как большие двигатели переменного тока. Поскольку коэффициент мощности 1 (единица) требует меньшего пикового тока, полезно компенсировать индуктивность, доводя коэффициент мощности как можно ближе к единице.Делая это, мы приближаем реальную мощность к полной мощности (VI). Коэффициент мощности корректируется подключением конденсатора параллельно индуктивной нагрузке.

Чтобы найти правильную требуемую емкость конденсатора (рисунок 6), сначала нам нужно узнать реактивную мощность исходной цепи RL. Это делается путем построения треугольника мощности и решения для реактивной мощности. Треугольник мощности можно построить из реальной и полной мощности, а также угла коэффициента мощности θ.После определения реактивной мощности для исходной цепи нагрузки емкостное реактивное сопротивление X _C , необходимое для корректировки коэффициента мощности, можно рассчитать следующим образом:

Где В — среднеквадратичное значение напряжения в цепи RL. Изменение порядка…

При значении XC требуемая емкость может быть найдена на основе частоты (F) следующим образом:

Перестановка:

При правильном подключении конденсатора параллельно нагрузке RL (двигателю) коэффициент мощности будет близок к единице, i.е. , напряжение и ток синфазны. И реальная мощность будет почти равна кажущейся мощности.

Материалы:

Аппаратный модуль ADALM1000
Макетная плата без пайки и перемычки
Резистор 1 — 47 Ом
Резистор 1 — 100 Ом
Конденсатор 1 — 10 мкФ
1 — Катушка индуктивности 47 мГн

Направления для RC-цепи:

Постройте RC-цепь, показанную на рисунке 2, на беспаечной макетной плате со значениями компонентов R ₁ = 100 Ом и C ₁ = 10 мкФ.Требуются три подключения к ALM1000, как показано зелеными прямоугольниками. Откройте программное обеспечение осциллографа ALICE.

Рисунок 2. Цепь RC нагрузки переменного тока

Рисунок 3. Подключение RC-цепочки к макету

Процедура:

В правой части главного окна осциллографа введите 2,5 для регулировки смещения CA- V и CB- V . Это связано с тем, что в этом эксперименте нам нужно подавать сигналы переменного тока (+/- напряжение) на нагрузку и относить все измерения к +2.5 V common rail. Также введите 0 для настроек вертикального положения каналов CH-A и CH-B (в нижней части окна осциллографа). Вертикальные шкалы теперь должны быть центрированы на 0 и изменяться от -2,5 до +2,5. Установите вертикальный масштаб CA-I на 5 мА / Div.

Установите минимальное значение AWG канала A на 1,08 и максимальное значение на 3,92 В, чтобы подать синусоидальную волну 2,84 В (размах), 1 В RMS с центром на 2,5 В в качестве входного напряжения в схему. Установите частоту 250 Гц и фазу 90 °.В раскрывающемся меню AWG A Mode выберите режим SVMI. В раскрывающемся меню AWG A Shape выберите Sine. В раскрывающемся меню AWG B Mode выберите режим Hi-Z.

В раскрывающемся меню «Кривые ALICE» выберите для отображения CA- V , CA-I и CB- V . В раскрывающемся меню «Триггер» выберите CA- V и Auto Level.

В этой конфигурации осциллограф используется для просмотра сигналов напряжения и тока переменного тока, управляющих схемой на канале A, и напряжения на сопротивлении на канале B.Напряжение на конденсаторе — это просто разница между каналом A и каналом B (выберите CAV — CBV в раскрывающемся меню Math). Убедитесь, что вы отметили селектор Sync AWG.

Программное обеспечение может рассчитать среднеквадратичные значения для сигналов напряжения и тока в канале A, а также для сигналов напряжения в канале B. Кроме того, программное обеспечение также вычисляет среднеквадратичное значение разницы между точками между сигналами напряжения в каналах A и B. В этом эксперименте это будет среднеквадратичное значение напряжения на конденсаторе.Для отображения этих значений выберите RMS и CA-CB RMS в -CA- V — и RMS в разделах -CA-I- раскрывающегося меню Meas CA. Выберите RMS в разделе -CB- V — раскрывающегося меню Meas CB. Вы также можете отобразить максимальные (или положительные пиковые) значения для CA- V CA-I и CB- V .

Щелкните по кнопке Run. Отрегулируйте развертку времени до тех пор, пока на сетке дисплея не будет более двух периодов синусоидальной волны. Установите Hold off на 4,0 мс. Вы должны увидеть 4 графика: напряжение канала A, напряжение канала B, ток канала A и математический график напряжения CA-CB.Поскольку для резистора было выбрано 100 Ом, а вертикальная шкала для тока составляет 5 мА / дел, кривая тока в резисторе будет располагаться прямо над кривой для напряжения на резисторе, канал B, с его вертикальный масштаб установлен на 0,5 В / Div, (0,5 мА время 100 Ом = 0,5 В ).

Запишите среднеквадратичное значение напряжения во всей RC-цепи (CHA V RMS), среднеквадратичное значение тока через R ₁ , которое также является током в канале A в этой последовательной цепи (CHA I RMS), среднеквадратичное значение напряжения на резисторе (CHB В RMS) и среднеквадратичное значение напряжения на конденсаторе (AB RMS).

На основе этих значений рассчитайте активную мощность (P) для RC-цепи. Рассчитайте реактивную мощность (Q). Рассчитайте полную мощность (S).

На основе рассчитанных значений P, Q и S нарисуйте треугольник мощности, как на рисунке 1. Определите коэффициент мощности (pf) и θ для RC-цепи.

Кривые осциллографа отображают временную зависимость между напряжением (кривая напряжения зеленого канала A) и током (кривая тока голубого канала A). Используя маркеры дисплея или курсор времени, измерьте разницу во времени между нулевыми пересечениями двух кривых и, исходя из этого, фазовый угол между ними.Используйте этот угол (θ) для расчета коэффициента мощности.

Как это соотносится со значением, которое вы получили из P, Q и S и треугольника мощности? Коэффициент мощности отстает или опережает и почему?

Указания для цепи RL:

Сначала измерьте сопротивление постоянному току катушки индуктивности 47 мГн с помощью омметра постоянного тока в ALICE. Общее последовательное сопротивление цепи RL будет составлять сопротивление катушки индуктивности плюс внешний резистор 47 Ом R ₁ . Общее сопротивление необходимо будет учесть при расчетах реальной и реактивной мощности.

Постройте цепь RL, показанную на рисунке 4, на беспаечной макетной плате со значениями компонентов R ₁ = 47 Ом и L ₁ = 47 мГн.

Рисунок 4. Схема нагрузки RL переменного тока.

Рисунок 5. Схема нагрузки RL переменного тока.

Процедура:

Щелкните по кнопке Run. Отрегулируйте развертку времени до тех пор, пока на сетке дисплея не будет более двух периодов синусоидальной волны. Установите Hold off на 4,0 мс. Вы должны увидеть 4 графика: напряжение канала A, напряжение канала B, ток канала A и математический график напряжения CA-CB.

Запишите среднеквадратичное значение напряжения во всей цепи RL (CHA V RMS), среднеквадратичное значение тока через R ₁ , которое также является током в канале A в этой последовательной цепи (CHA I RMS), среднеквадратичное значение напряжения на резисторе (CHB V RMS) и среднеквадратичное значение напряжения на катушке индуктивности (AB RMS).

На основе этих значений рассчитайте активную мощность (P) для цепи RL. Рассчитайте реактивную мощность (Q).Рассчитайте полную мощность (S).

На основе вычисленных значений P, Q и S нарисуйте треугольник мощности, как на рисунке 1. Определите коэффициент мощности (pf) и θ для цепи RL.

Кривые осциллографа отображают временную зависимость между напряжением (кривая напряжения зеленого канала A) и током (кривая тока голубого канала A). Используя маркеры дисплея или курсор времени, измерьте разницу во времени между нулевыми пересечениями двух кривых и, исходя из этого, фазовый угол между ними.Используйте этот угол (θ) для расчета коэффициента мощности.

Как это соотносится со значением, которое вы получили из P, Q и S и треугольника мощности? Коэффициент мощности отстает или опережает и почему?

Указания для цепи RLC:

Постройте схему RLC, показанную на рисунке 6, на беспаечной макетной плате со значениями компонентов: R ₁ = 47 Ом, C1 = 10 мкФ и L ₁ = 47 мГн.

Рисунок 6. Схема нагрузки RLC переменного тока, измеряющая конденсатор.

Рисунок 7.Соединения макетной платы нагрузки переменного тока RLC

Процедура:

Для схемы RLC вам потребуются измерения среднеквадратичного напряжения переменного тока на каждом элементе. В конфигурации, показанной на рисунке 6, с каналом B, подключенным к соединению C ₁ и L ₁ , мы можем получить среднеквадратичное напряжение на C ₁ из разницы между формами сигналов CA и CB. С каналом B, подключенным к соединению L ₁ и R ₁ , мы можем получить среднеквадратичное напряжение на R1 непосредственно из формы волны CB.Запишите среднеквадратичное значение напряжения во всей цепи RLC (CHA V RMS), среднеквадратичное значение тока через R ₁ , которое также является током в канале A в этой последовательной цепи (CHA I RMS), значение RMS для напряжения на резисторе (CHB V RMS) и RMS-значение для напряжения на конденсаторе (AB RMS), когда CHB подключен к соединению C ₁ и L ₁ и комбинированный реактивное сопротивление L ₁ и C ₁ , когда CHB подключен к соединению L ₁ и R ₁ .

Нам все еще нужно действующее значение напряжения на катушке индуктивности L ₁ . Меняя местами компоненты в этой последовательно соединенной цепи, как показано на рисунке 8, мы не изменяем общее полное сопротивление цепи нагрузки. Однако теперь мы можем получить среднеквадратичное значение напряжения на L ₁ из разницы между формами сигналов CA и CB, как мы это делали с конденсатором на рисунке 6. Запишите среднеквадратичное значение напряжения во всей цепи RLC (CHA V RMS), RMS-значение тока через R ₁ , которое также является током в канале A в этой последовательной цепи (CHA I RMS), RMS-значение для напряжения на резисторе (CHB V RMS) и среднеквадратичное значение напряжения на катушке индуктивности (AB RMS).Убедитесь, что значение во всей цепи, а также ток через нагрузку и значение R ₁ совпадают с тем, что было измерено на рисунке 6. Почему это правда?

Рисунок 8. Схема нагрузки RLC переменного тока, измеряющая индуктивность.

На основе этих значений рассчитывают активную мощность (P) для цепи RLC. Рассчитайте реактивную мощность (Q) для комбинированного реактивного сопротивления LC и L и C по отдельности. Рассчитайте полную мощность (S).

Увеличьте частоту канала A с 250 Гц до 500 Гц и повторно измерьте среднеквадратичные напряжения для цепи RLC.Как это изменило реальную, реактивную и полную мощность? Ток нагрузки отстает или опережает и почему?

Уменьшите частоту канала A с до 125 Гц и повторно измерьте среднеквадратичные напряжения для цепи RLC. Как это изменило реальную, реактивную и полную мощность? Ток нагрузки отстает или опережает и почему?

Указания по коррекции коэффициента мощности:

Схема, показанная на рисунке 9 для коррекции коэффициента мощности, такая же, как на рисунке 4, с добавлением конденсатора C ₁ параллельно с L ₁ .

Рисунок 9. Корректировка коэффициента мощности для нагрузки переменного тока RL.

Рисунок 10. Соединения макетной платы коррекции коэффициента мощности.

Основываясь на ваших измерениях из рисунка 4 и уравнениях в разделе коррекции коэффициента мощности в справочной информации для этого лабораторного действия, вычислите соответствующее значение для C ₁ при 250 Гц. Используйте конденсатор ближайшего стандартного номинала (или параллельную комбинацию стандартных значений) для C ₁ .

Процедура:

Как и для простой цепи RL, запишите среднеквадратичное значение напряжения во всей цепи RL (CHA V RMS), среднеквадратичное значение тока через R ₁ , которое также является током в канале A в этом последовательная цепь (CHA I RMS), среднеквадратичное значение напряжения на резисторе (CHB В RMS) и среднеквадратичное значение напряжения на катушке индуктивности (AB RMS).

На основе этих значений рассчитайте активную мощность (P) для цепи RL.Рассчитайте реактивную мощность (Q). Рассчитайте полную мощность (S).

На основе вычисленных значений P, Q и S нарисуйте треугольник мощности, как показано на рисунке 1. Определите коэффициент мощности (pf) и θ для цепи RL с поправкой на pf. Сравните этот коэффициент мощности с тем, который вы рассчитали только для цепи нагрузки RL. Насколько близко было рассчитанное значение емкости конденсатора к оптимальному значению, необходимому, чтобы сделать pf равным единице? Объясните различия.

Приложение:

Использование значений других компонентов

Можно заменить другие значения компонентов в случаях, когда указанные значения недоступны.Реактивное сопротивление компонента (X _C или X _L ) масштабируется с частотой. Например, если доступны катушки индуктивности 4,7 мГн, а не 47 мГн, все, что нужно сделать, — это увеличить испытательную частоту с 250 Гц до 2,5 кГц. То же самое будет верно при замене конденсатора 10,0 мкФ конденсатором 1,0 мкФ.

Использование виртуального прибора фазоанализатора

ALICE включает в себя виртуальный прибор Phase Analyzer, который может помочь в понимании фазовых соотношений между сигналами напряжения и тока, а также в полярных обозначениях и полярных диаграммах.

Руководство пользователя анализатора фаз.

Использование прибора для измерения импеданса RLC

Рабочий стол ALICE включает в себя анализатор импеданса / измеритель RLC, который можно использовать для измерения последовательного сопротивления (R) и реактивного сопротивления (X). В рамках этой лабораторной работы может быть полезно использовать этот инструмент для измерения компонентов R, L и C, используемых для подтверждения результатов вашего теста.

Ресурсов:

Для дальнейшего чтения:

Коэффициент мощности
Мощность в резистивных и реактивных цепях переменного тока
Практическая коррекция коэффициента мощности

Вернуться к лабораторной работе Содержание

Калькулятор степенного треугольника

Треугольник мощности показывает соотношение между реактивной, активной и полной мощностью в цепи переменного тока.

Важные термины

• Реальная мощность (P) — Измеряется в ваттах, определяет мощность, потребляемую резистивной частью цепи. Также известная как истинная или активная мощность, выполняет реальную работу в электрической цепи.
• Реактивная мощность (Q) — Измеренная в ВАХ мощность, потребляемая в цепи переменного тока, которая не выполняет никакой полезной работы, вызванной индукторами и конденсаторами. Реактивная мощность противодействует действию реальной мощности, забирая мощность из цепи для использования в магнитных полях.
• Полная мощность (S) — произведение среднеквадратичного напряжения и действующего тока, протекающего в цепи, содержит активную мощность и реактивную мощность.
• Коэффициент мощности (q) — Отношение активной мощности (P) к полной мощности (S), обычно выражаемое в виде десятичного или процентного значения. Коэффициент мощности определяет фазовый угол между сигналами тока и напряжения. Чем больше фазовый угол, тем больше реактивная мощность.

---

Важные формулы

• Реальная мощность (P) = VIcosq, Вт (Вт)
• Реактивная мощность (Q) = VIsinq, Вольт-ампер, реактивная (VAr)
• Полная мощность (S) = VI, Вольт-амперы (ВА)
• Коэффициент мощности (q) = P / S

• ВА = Вт / cosq
• ВА = VAR / sinq
• VAR = VA * sinq
• VAR = W * tanq
• Вт = ВА * cosq
• Вт = VAR / tanq

• Sin (q) = Противоположно / Гипотенуза = Q / S = VAr / VA
• Cos (q) = Соседний / Гипотенуза = P / S = Вт / ВА = коэффициент мощности, p.f.
• Желто-коричневый (q) = Напротив / Соседний = Q / P = VAr / W

---

Дополнительная литература

Комментарии

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы комментировать.

Электрическое испытательное оборудование | электростанция с розеткой

В этой статье мы исследуем некоторые ключевые практические аспекты измерения и оценки качества электроэнергии. Как следует из названия, мы выходим далеко за рамки основных принципов, но, чтобы обеспечить прочную основу, мы начнем с краткого обзора некоторых основных концепций, касающихся мощности и качества электроэнергии.

Основные сведения о мощности
Мгновенная мощность в цепи в соответствии с IEEE1459 и, без сомнения, другими аналогичными стандартами по всему миру, определяется как произведение мгновенного напряжения и мгновенного тока в цепи. Мгновенная мощность состоит из двух компонентов: активной и реактивной мощности. Активная мощность вырабатывается составляющей тока, которая находится в фазе с напряжением, и она течет в одном направлении от источника к нагрузке.Реактивная мощность вырабатывается составляющей тока, которая не совпадает по фазе с напряжением и, по сути, колеблется между источником и нагрузкой. Это означает, что чистая передача энергии от источника к нагрузке за счет реактивной мощности равна нулю.

При проведении измерений активная мощность — это среднее значение мгновенной мощности за интервал времени наблюдения. Математически это можно выразить формулой:

где P = активная мощность, T = 1 / f в циклах, K = целое число, ԏ = начало измерения и p = мгновенная мощность.

Активная мощность — это функция рассеивающих элементов схемы, которые часто являются сопротивлениями. Активная мощность, измеряемая в ваттах, является однонаправленной, и ее значение всегда положительно. В схемах, которые имеют синусоидальную форму волны тока и напряжения, активная мощность может быть выражена как

, где θ — фазовый угол между напряжением и током.

Если смотреть на реактивную мощность аналогичным образом, то это функция амплитуды колеблющейся мгновенной мощности, измеренной с течением времени, которую можно математически выразить формулой:

Реактивная мощность измеряется в ВАР (реактивная мощность в вольт-амперах) и является функцией реактивного сопротивления схемы.Как уже упоминалось, поскольку энергия, связанная с реактивной мощностью, колеблется между источником и нагрузкой, средняя чистая передача энергии нагрузке отсутствует. В схемах с синусоидальными формами тока и напряжения реактивная мощность может быть выражена как

, где θ — фазовый угол между напряжением и током.

Еще одна важная величина — полная мощность. Это функция от полного импеданса цепи и равна произведению среднеквадратичного (действующего) тока и действующего напряжения.В синусоидальной системе без гармоник соотношение между реактивной мощностью (относящейся к реактивному сопротивлению), активной мощностью (относящейся к сопротивлению) и полной мощностью (относящейся к импедансу) может быть выражено графически в форме «треугольника мощности».

Применение теоремы Пифагора к этому треугольнику показывает, что кажущаяся мощность в квадрате равна сумме квадратов активной и реактивной мощностей или, выражаясь формулой

Коэффициент смещения мощности
Рассматривая треугольник мощности, косинус фазового угла, то есть угол между напряжением и током, обозначается как коэффициент смещения мощности (DPF).Обратите внимание, что DPF действителен только для синусоидальных сигналов и не учитывает гармоники. По мере добавления реактивного сопротивления к цепи фазовый угол увеличивается, а DPF уменьшается. Например, в чисто резистивной схеме фазовый угол равен нулю, а DPF равен 1. Если добавлено реактивное сопротивление, увеличивающее фазовый угол до 8º, DPF падает до 0,992 и, если добавляется большее реактивное сопротивление для дальнейшего увеличения фазы угол до 26º, DPF падает до 0,898.

Поскольку реактивные нагрузки могут быть индуктивными или емкостными, значения DPF могут быть положительными или отрицательными, поскольку индуктивные нагрузки вызывают отставание тока от напряжения, тогда как емкостные нагрузки приводят к тому, что ток опережает напряжение.Когда ток отстает от напряжения, DPF является положительным, а когда ток опережает напряжение, DPF отрицательный.

Низкие значения DPF указывают на неэффективность энергосистем, потому что система должна поддерживать доставку реактивной мощности, которая не выполняет полезной работы. Повышение коэффициента мощности системы позволит ей передавать больше энергии нагрузке, уменьшая при этом общую нагрузку на такие компоненты, как кабели и трансформаторы. Как показывает этот пример, улучшения могут быть существенными.

Система подавала мощность на нагрузку с DPF 0,829. Полная отдаваемая мощность (то есть общая нагрузка на систему) составляла 7030 кВА, что составляло 95% от мощности системы. Отведенная активная мощность составила 5828 кВт, реактивная мощность — 3931 кВАр. Были предприняты шаги по увеличению DPF до 0,990, что снизило полную мощность до 5960 кВА, что эквивалентно 80,5% мощности системы. Активная мощность, передаваемая на нагрузку, осталась практически неизменной и составила 5900 кВт, в то время как реактивная (потраченная впустую) мощность была снижена до 0.829 кВАр. Другими словами, повышение DPF с 0,829 до 0,990 высвободило 15% мощности энергосистемы!

На практике нагрузки в энергосистеме с большей вероятностью будут индуктивными, чем емкостными, поэтому DPF будет положительным. В таких случаях DPF можно улучшить, добавив конденсаторную батарею, которая снижает реактивную мощность и увеличивает активную мощность. Вот пример того, как это работает:

Можно видеть, что когда реактивное сопротивление конденсаторной батареи, добавленной к цепи, равно индуктивному реактивному сопротивлению нагрузок в цепи, общее реактивное сопротивление становится равным нулю, и цепь ведет себя так, как если бы это была чисто резистивная нагрузка.На практике такая идеальная коррекция коэффициента мощности маловероятна, но к ней можно приблизиться.

Конденсаторные батареи для коррекции коэффициента мощности обычно рассчитываются в кВАр. Основные значения, указанные на паспортной табличке, — это напряжение, частота и кВАр. Импеданс конденсаторной батареи можно рассчитать по формуле

, где Q — номинальная мощность конденсаторной батареи в кВАр. Например, если батарея рассчитана на 10 кВ и 150 кВАр, ее полное сопротивление будет 667 Ом.

Общий коэффициент мощности
Возвращаясь теперь к треугольнику мощности, важно помнить, что он работает только с чисто синусоидальными сигналами — отношения, которые он воплощает, не сохраняются при наличии гармонических искажений.Это связано с тем, что при наличии гармоник они не изменяют фазовый угол тока, как индуктивная или емкостная нагрузка, а искажают форму волны тока.

Это означает, что в цепях с присутствующими гармониками DPF не является точным показателем коэффициента мощности, поскольку учитывает только фазовый сдвиг, а не искажение формы сигнала. По этой причине в цепях со значительными уровнями гармоник требуется другое измерение коэффициента мощности. Это общий коэффициент мощности (TPF или иногда просто PF), который учитывает искажения, а также фазовый сдвиг.

TPF определяется как мощность, деленная на полную мощность (P / S). Если в цепи нет гармоник, TPF равен DPF. Однако по мере увеличения уровня гармоник увеличивается и разница между TPF и DPF. Иногда встречается связанный параметр — коэффициент мощности искажения (dPF), который определяется как соотношение между TPF и DPF (TPF / DPF).

Энергетические системы и измерительные устройства
Давайте теперь перейдем к рассмотрению конфигураций и характеристик некоторых практических систем распределения энергии, а также того, как можно проводить измерения мощности в этих системах.Первая — это четырехпроводная система типа звезда (звезда), показанная здесь:

Преимущества этой схемы заключаются в том, что подключение нейтрали обеспечивает дополнительную безопасность, напряжения изоляции ниже, чем в большинстве других схем распределения энергии, и можно эффективно подключать нагрузки как между фазами, так и между фазами и нейтралью. предлагает выбор из двух различных напряжений питания. Недостатки заключаются в том, что неисправности могут привести к потере напряжения на одной фазе, и устройство чувствительно к гармоникам нулевой последовательности.Кроме того, фазы могут быть несбалансированными, что вместе с гармониками нулевой последовательности может вызвать высокие токи нейтрали. Поэтому необходимо предусмотреть нейтральный провод соответствующего номинала, что значительно увеличивает затраты.

Альтернативной схемой является трехпроводная конфигурация треугольника, показанная здесь:

Преимущества этой схемы заключаются в том, что гармоники нулевой последовательности автоматически подавляются, и что неисправность не приводит к потере фазы. Кроме того, система будет оставаться сбалансированной при наличии несбалансированных однофазных нагрузок, хотя следует отметить, что дисбаланс может быть вызван фазовыми сдвигами.Стоимость ниже, чем у четырехпроводной системы, соединенной звездой, так как нейтральный проводник не требуется. Недостатки заключаются в том, что потеря фазы увеличивает ток в остальных фазах, а это означает, что требуется более высокий уровень изоляции. К тому же отсутствие нейтрали снижает безопасность.

Следующее расположение, которое следует рассмотреть, имеет различные названия — дельта красного конца, дельта дикого участка, дельта высокого участка и другие. Как бы то ни было, в этой схеме используется дельта-трансформатор с центральным отводом для обеспечения двух источников на 120 В.Подробности показаны на следующей диаграмме; особенно обратите внимание, что угол между фазами составляет 90º, а не 120º, как обычно в трехфазных системах.

Преимущества трехфазной схемы «красный треугольник» заключаются в том, что она может обеспечивать три различных напряжения питания — 240 В, 208 В и 120 В — и что при небольшой трехфазной нагрузке можно использовать два индивидуальные трансформаторы вместо трех, что снижает затраты. Недостатки заключаются в том, что такое расположение может привести к дисбалансу из-за несбалансированных однофазных нагрузок, и что только ограниченная нагрузка может быть подключена между высокой ветвью и нейтралью.Такая компоновка также усложняет проектирование сети.

Последнее устройство, которое мы рассмотрим, — это двухфазное питание, которое чаще всего используется для однофазного электроснабжения жилой недвижимости.

Основными преимуществами такой конструкции являются простота и низкая стоимость. Кроме того, он обеспечивает два напряжения питания — 240 В и 120 В. Недостатками здесь являются то, что он может стать несимметричным, он чувствителен к гармоникам нулевой последовательности, и эти гармоники вместе с несимметричными нагрузками могут привести к высоким токам нейтрали.

Теорема Блонделя и преобразования треугольника в звезду
Для каждого из рассмотренных нами схем на схемах были указаны соединения ваттметров. Однако полезно знать, что теорема Блонделя утверждает, что полная мощность в системе из N проводников может быть правильно измерена с помощью N ваттметров или элементов измерения ватт. N ваттметров подключаются отдельно, так что каждый из них измеряет уровень тока в одном из N проводников и уровень потенциала между этим проводником и общей точкой.Однако, если общей точкой является один из проводов, ваттметр на этом проводе может быть удален, а это означает, что необходимы только N-1 ваттметров или ваттметров.

Также полезно знать, что фазные напряжения, измеренные между фазами в системе, соединенной треугольником, можно легко преобразовать в «виртуальное» напряжение между фазами, просто разделив линейные значения на √3. . Это позволяет просматривать значения мощности для каждого канала, но важно помнить, что этот расчет действителен только в том случае, если дельта-система, на которой выполняются измерения, сбалансирована.К счастью, дельта-системы обычно остаются сбалансированными даже при наличии несбалансированных нагрузок, но они могут стать несбалансированными при введении фазовых сдвигов.

Просмотр данных об энергии
При просмотре данных об энергии, собранных приборами качества электроэнергии или, действительно, просмотре этих данных в реальном времени, одно из первых действий, позволяющих убедиться, что активная мощность положительна. Реверс активной мощности может происходить, когда энергия возвращается в систему электроснабжения, когда в сеть включаются такие источники, как возобновляемые источники энергии и системы распределенной генерации.Отрицательная активная мощность проблематична, поскольку может привести к частому переключению ответвлений трансформатора, что приведет к чрезмерному износу устройств РПН.

Гистограммы

, показывающие почасовое потребление энергии за интервал тестирования, также предоставляют неоценимую информацию. Стоит отметить моменты, когда потребление энергии находится на пике, а также проанализировать общее потребление полной, активной и реактивной энергии за интервал тестирования.

Данные, относящиеся к токам нейтрали, заслуживают внимания, поскольку высокие токи нейтрали указывают либо на плохо сбалансированные нагрузки, либо на проблемы с гармониками, которые указывают на необходимость дальнейшего исследования.

Значительная разница между TPF и DPF обычно является надежным индикатором присутствия гармоник, но необходимо сделать одно предостережение. Если очень маленькие нагрузки имеют высокие гармоники, это может быть связано с плохим отношением сигнал / шум в измерительной системе. Этой проблемы можно избежать путем правильного выбора трансформаторов тока, используемых для измерений. Не используйте, например, ТТ 6000 А для контроля цепи с током нагрузки 60 А!

Высокие уровни реактивной мощности — еще один призыв к действию, поскольку большую экономию средств часто можно получить, обеспечив емкостную компенсацию больших индуктивных нагрузок, особенно потому, что многие энергоснабжающие предприятия налагают штрафы за низкий коэффициент мощности.Тем не менее, чрезмерная компенсация также может быть проблематичной, и всегда важно проверять, является ли коэффициент мощности отстающим, а не опережающим.

Одна из причин заключается в том, что нагрузки с опережающим коэффициентом мощности могут отрицательно повлиять на работу генераторов. Регулятор напряжения в генераторе предназначен для поддержания выходного напряжения на заданном уровне. По мере увеличения запаздывающего противофазного тока он уменьшается до напряженности поля ротора. Регулятор напряжения выполняет компенсацию, увеличивая ток, подаваемый на ротор.

Если, однако, генератор питает нагрузку с опережающим коэффициентом мощности, по мере увеличения ведущего противофазного тока, это увеличивает напряженность поля ротора. Регулятор напряжения уменьшает ток, подаваемый на электромагнит, для компенсации. И, если ведущий противофазный ток становится достаточно большим, регулятор вообще не подает ток, что может привести к отключению из-за перенапряжения.

Нагрузки с ведущим коэффициентом мощности также могут вызывать проблемы с источниками бесперебойного питания (ИБП).У них есть система постоянного тока, которая преобразует переменный ток в постоянный, и система переменного тока, которая преобразует постоянный ток в переменный. Некоторые конструкции инверторов имеют большие емкостные выходные фильтры. Емкостное реактивное сопротивление этих фильтров смещает реактивное сопротивление нагрузок с запаздывающим коэффициентом мощности, что позволяет ИБП выдавать почти всю свою номинальную мощность. Однако, если нагрузка имеет опережающий коэффициент мощности, реактивное сопротивление фильтров увеличивает реактивное сопротивление нагрузок, серьезно ограничивая мощность, которую может выдавать ИБП.

Проведение энергетических тестов
При проведении энергетических тестов на установке есть четыре основных шага: сравнительный анализ, аудит, рекомендация изменений и повторное тестирование.Мы рассмотрим каждый из них по очереди.

Стадия сравнительного анализа должна начинаться со сбора счетов за электроэнергию за один-три года и тщательного анализа потребления энергии за прошлые периоды. Следует определить годовые тенденции — потребление энергии постоянно увеличивается, уменьшается или остается примерно таким же? Также следует учитывать сезонные тенденции. Это нормальное явление, и этого следовало ожидать, но большие изменения могут указывать на проблемы, связанные с системами отопления, кондиционирования или управления технологическими процессами, или на необходимость улучшения теплоизоляции здания.Графики тарифов на коммунальные услуги также должны быть тщательно изучены на случай, если есть возможность сократить затраты на электроэнергию, например, путем изменения графика энергопотребляющих операций.

Бенчмаркинг должен также включать в себя перечисление всего оборудования, потребляющего первичную энергию, на площадке и запись часов работы каждого элемента оборудования. Особое внимание следует уделять освещению, поскольку его влияние на общее потребление энергии часто недооценивается. Следует учитывать тип освещения, а также адекватность уровня освещенности в здании.

Следующий шаг — аудит; но прежде чем продолжить, необходимо очень тщательно обдумать меры безопасности. Проверьте место нахождения на предмет угроз безопасности, убедитесь, что все системы соответствуют применимым нормам и стандартам, и проверьте наличие плохих соединений — для этого может пригодиться тепловизионная камера. Помните, что плохие соединения означают более высокое сопротивление, что не только угрожает безопасности, но и представляет собой потерю энергии.

Аудит будет включать в себя регистрацию использования энергии всего объекта за определенный период времени, но также важно регистрировать индивидуально потребление энергии первичными энергопотребляющими элементами оборудования.Однако перед началом записи необходимо выбрать соответствующие преобразователи тока.

Выбирайте преобразователи с правильным диапазоном: если диапазон слишком низкий, CT может насыщаться, но если он слишком высокий, это приведет к плохому разрешению. Также подумайте, понадобится ли датчик с гибким сердечником или с разъемным сердечником: подойдет ли он к месту, где он должен быть установлен, и нужны ли ему батареи? Если вы работаете в зоне с высоким ЭДС, тогда датчик с разъемным сердечником будет лучшим вариантом, а если вы записываете постоянный ток, вы должны использовать КТ с эффектом Холла.

При программировании прибора, который будет делать записи для аудита, прежде всего убедитесь, что выбрана правильная конфигурация мощности, затем установите скорость потребления на ту же скорость, что и счетчик доходов, обращая внимание на то, является ли она фиксированной или скользящей. ставка и является ли это интервалом спроса или тарифом со ставкой спроса. Обязательно включите гармоническую запись!

После завершения предварительных мероприятий можно начинать этап мониторинга аудита. При подключении анализатора PQ всегда используйте соответствующие средства индивидуальной защиты (СИЗ).Убедитесь, что провода напряжения подключены правильно в соответствии с инструкциями, предоставленными производителем анализатора, что диапазоны ТТ установлены правильно и что ТТ подключены в правильном направлении. Затем убедитесь, что мощность (кВт) положительна, и проверьте фазовые углы.

Использование прибора, который автоматически проверяет правильность настройки перед началом долгосрочной записи, является большим преимуществом. Досадно и дорого возвращаться к инструменту через неделю и обнаруживать, что запись была прервана из-за простой ошибки.Когда все будет готово, убедитесь, что инструмент заземлен, еще раз проверьте, действительно ли он записывает, затем заблокируйте его и оставьте его работать. Записи общего энергопотребления объекта и потребления основных единиц оборудования должны продолжаться как минимум в течение одной полной недели.

В конце этого времени проанализируйте данные, уделяя особое внимание анализу энергопотребления, просмотру гистограммы энергопотребления, а также изучению реактивной мощности, коэффициента вытесняющей мощности, истинного коэффициента мощности, дисбаланса и гармоник.Проведите этот анализ не только для всего объекта, но и для каждого из основных элементов энергопотребляющего оборудования.

Используя информацию, полученную в результате этого анализа, почти всегда можно порекомендовать изменения, которые улучшат энергоэффективность и снизят затраты на электроэнергию объекта. Типичные примеры включают снижение нагрузок, перенос нагрузок на непиковые часы, установку более энергоэффективного освещения, снижение требований к обогреву и охлаждению и улучшение теплоизоляции.Практически в каждом случае экономия быстро окупит затраты на аудит и необходимые улучшения во много раз.