Что такое активная нагрузка. Активная и реактивная нагрузка: понятие, расчет и особенности

Что такое активная и реактивная нагрузка в электротехнике. Как рассчитать активную и реактивную мощность. Какие бывают виды электрических нагрузок. Чем отличается активная мощность от реактивной.

Понятие активной и реактивной нагрузки

В электротехнике выделяют два основных вида нагрузок:

• Активная нагрузка — это полезная часть мощности, которая преобразуется в другие виды энергии (тепло, свет, механическую работу). К активным нагрузкам относятся лампы накаливания, электронагреватели, электроплиты.
• Реактивная нагрузка — мощность, которая расходуется на создание электромагнитных полей в электрооборудовании. Она не совершает полезной работы. К реактивным нагрузкам относятся электродвигатели, трансформаторы, дроссели.

Основное отличие активной нагрузки от реактивной заключается в том, что активная мощность полностью потребляется, а реактивная — циркулирует между источником и потребителем.

Расчет активной и реактивной мощности

Для расчета мощностей в цепях переменного тока используются следующие формулы:

• Активная мощность: P = U * I * cos φ
• Реактивная мощность: Q = U * I * sin φ
• Полная мощность: S = U * I

Где:

• U — напряжение
• I — ток
• cos φ — коэффициент мощности

Коэффициент мощности cos φ показывает, какая часть полной мощности преобразуется в активную. Он может принимать значения от 0 до 1.

Виды электрических нагрузок

В зависимости от характера потребления энергии различают следующие виды нагрузок:

1. Активная (резистивная) — лампы накаливания, электронагреватели
2. Индуктивная — электродвигатели, трансформаторы
3. Емкостная — конденсаторы
4. Смешанная (активно-индуктивная или активно-емкостная)
5. Нелинейная — выпрямители, инверторы, сварочные аппараты

Активные нагрузки потребляют только активную мощность. Реактивные (индуктивные и емкостные) — только реактивную. На практике чаще встречаются смешанные нагрузки.

Особенности активной и реактивной нагрузки

Основные особенности активной нагрузки:

• Вся потребляемая энергия преобразуется в полезную работу
• Ток и напряжение совпадают по фазе
• Коэффициент мощности равен 1
• Не создает электромагнитных полей

Особенности реактивной нагрузки:

• Энергия циркулирует между источником и потребителем
• Ток и напряжение сдвинуты по фазе
• Коэффициент мощности меньше 1
• Создает электромагнитные поля

Понимание этих особенностей важно для правильного расчета и компенсации реактивной мощности в электрических сетях.

Влияние реактивной нагрузки на электросеть

Наличие значительной реактивной нагрузки в электросети приводит к ряду негативных последствий:

• Увеличение потерь электроэнергии
• Снижение пропускной способности линий электропередач
• Падение напряжения в сети
• Перегрузка генераторов и трансформаторов
• Увеличение платы за электроэнергию

Для уменьшения этих негативных эффектов применяется компенсация реактивной мощности с помощью специальных устройств — конденсаторных установок или синхронных компенсаторов.

Методы измерения активной и реактивной мощности

Для измерения активной и реактивной мощности используются следующие методы и приборы:

1. Метод вольтметра и амперметра — для активной мощности в цепях постоянного тока
2. Метод ваттметра — для активной мощности в цепях переменного тока
3. Метод трех вольтметров или трех амперметров — для реактивной мощности
4. Цифровые измерители мощности — для одновременного измерения активной и реактивной мощности

В современных электросчетчиках также предусмотрена возможность раздельного учета активной и реактивной энергии.

Компенсация реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности — это снижение потребления реактивной энергии из сети за счет применения специальных устройств. Основные способы компенсации:

• Установка конденсаторных батарей
• Использование синхронных компенсаторов
• Применение активных фильтров гармоник
• Оптимизация режимов работы оборудования

Правильно подобранные средства компенсации позволяют снизить потери электроэнергии, улучшить качество напряжения и разгрузить питающие линии и трансформаторы.

Заключение

Понимание различий между активной и реактивной нагрузкой крайне важно для эффективного проектирования и эксплуатации электрических сетей. Активная мощность выполняет полезную работу, в то время как реактивная необходима для работы оборудования, но создает дополнительную нагрузку на сеть. Грамотный учет и компенсация реактивной мощности позволяют оптимизировать работу электрооборудования и снизить потери электроэнергии.

Что такое активная, реактивная и полная мощность нагрузки стабилизатора?

В отличии от вычисления мощности при постоянном токе, формулы для вычисления мощности в цепях переменного тока достаточно сложны. В общем случае электрическая мощность в этом случае имеет интегральные зависимости.

Для определения полной мощности нагрузки необходимо вычислить активную и реактивную мощность. Полная мощность определяется как векторное сложение этих величин.

Активная мощность — это полезная часть мощности, та часть, которая определяет прямое преобразования электрической энергии в другие необходимые виды энергии. Для каждого электрического прибора вид преобразования энергии свой: в электрической лампочке электроэнергия преобразуется в свет и тепло, в утюге электроэнергия преобразуется в тепло, в электродвигателе электроэнергия преобразуется в механическую энергию. Фактически, активная мощность определяет скорость полезного потребления энергии.

Реактивная мощность — мощность определяемая электромагнитными полями, образующимися в процессе работы приборов. Реактивная мощность, как правило, является «вредной» или «паразитной». Реактивная мощность определяется характером нагрузки. Для такого прибора как лампочка она равна нулю, в процессе горения лампы электромагнитные поля практически не образуются. В процессе работы электродвигателя реактивная мощность может достигать больших значений. Понятие реактивной мощности тесно связано с понятием «пусковые токи».

При выборе стабилизатора напряжения необходимо определять полную мощность потребителей. Самый точный способ — найти значение полной мощности прибора в его паспорте. Если такой возможности нет, то для определения полной мощности приборов с большими «пусковыми токами» принято использовать повышающий коэффициент «4».

Следует также учитывать, что номинальная мощность стабилизатора напряжения может указываться разными производителями стабилизаторов и ИБП в различных диапазонах входных параметров тока. Китайские производители часто завышают реальную мощность устройства в два и более раз.

Особое внимание при выборе подходящего стабилизатора напряжения или источника бесперебойного питания следует обратить на возможность использования стабилизатора при реактивной нагрузке. Часто производители указывают, что номинальная мощность стабилизатора или ИБП указана без учета реактивной нагрузки. В паспортных данных стабилизаторов и источников питания можно найти фразу «устройство не может использоваться для реактивной нагрузки».

Для работы с приборами, имеющими большую реактивную мощность мы рекомендуем использовать специальные стабилизаторы напряжения и ИБП компании «Бастион». Эти приборы характеризуются большой перегрузочной мощностью и хорошей защитой от помех в сети по нагрузке.

Подробные ответы вы можете найти в следующих статьях:

Сравнение реальных мощностей стабилизаторов напряжения разных марок

Сравнение стабилизаторов напряжения Ресанта, APC, Voltron, Калибри, Teplocom

Стабилизаторы напряжения для котлов отопления

Преимущества релейных стабилизаторов напряжения «Бастион»

Стабилизатор напряжения для холодильника

Стабилизаторы напряжения для насосов

Стабилизатор напряжения для кондиционера и сплит-системы

особенности оплаты, как найти формулу мощностей

Разбираясь в основных принципах электрики, важно понимать, что представляет собой активная и реактивная нагрузка. Первый тип энергии считается полезным и идет непосредственно на нужды потребителя, например, на обогрев здания, приготовление еды и работу электрических приборов. Вторая разновидность, реактивная, определяет ту часть энергии, которая не применяется для выполнения полезной работы.

Активная и реактивная мощность

Понятия активной и полной мощности могут иметь ряд противоречивых интересов со стороны клиентов и поставщиков. Потребитель пытается сэкономить на электроэнергии, оплачивая счета за расходуемые ресурсы, а поставщик ищет выгодные пути для получения полной суммы за оба типа энергии. Но есть ли способы совмещения таких требований? Да, ведь если свести объемы реактивной мощности к нулю, то это позволит приблизиться к максимальной экономии денежных средств.

Не секрет, что у некоторых потребителей электричества показатели полной и активной мощности сопоставимы. Связано это с тем, что они используют специальные приборы, нагрузка которых осуществляется с помощью резисторов. В их числе:

1. Лампы накаливания.
2. Электрические плиты.
3. Жарочные шкафы и духовки.
4. Обогревательное оборудование.
5. Утюги.
6. Паяльники.

Для определения мощности нагрузок можно использовать знакомую со школьных времен формулу, умножив ток нагрузки на сетевое напряжение. В таком случае будут задействованы следующие единицы измерения:

1. Амперы (А) — указывают на силу тока.
2. Вольты (В) — характеризуют текущее напряжение.
3. Ватты (Вт) — указывают на показатель мощности.

В последнее время все чаще можно замечать такую картину, что на застекленных балконах расположена тонкая блестящая пленка. Ее создают из бракованных конденсаторов, которые раньше использовались на распределительных подстанциях. Как известно, конденсаторы являются главными потребителями реактивной нагрузки, которые состоят из диэлектрика, не проводящего электрический ток (в качестве главного элемента задействуется полимерная пленка или бумага, обработанная маслом).

Для сравнения, у потребителей активной мощности роль главного элемента выполняет проводящий ток материал, такой как вольфрамовый проводник, нихромовая спираль и другие.

Емкостные нагрузки

Пытаясь понять, как найти реактивную мощность, необходимо разбираться в особенностях и принципе действия конденсаторов. Блестящие поверхности, которые расположены на балконе, являются обкладками конденсаторов из токопроводящего материала. Они отличаются способностью накапливать электроэнергию, а затем передавать ее для потребительских нужд. По сути, конденсаторы используются в качестве своеобразной аккумуляторной батареи.

А если присоединить конструкцию к источнику постоянного тока, это позволит зарядить ее кратковременным импульсом электротока, который со временем потеряет свою мощность. Для возвращения прежнего состояния конденсатора, достаточно отключить его от источника напряжения и подключить к обкладкам нагрузку. В течение какого-либо времени через нагрузку будет подаваться ток. В идеале, конденсатор должен отдать столько энергии, сколько он получил вначале.

Если подключить его к лампочке, это позволит ей на короткое время вспыхнуть, при этом неосторожный человек может даже получить незначительный удар током, если коснется к открытым контактам. Более того, если показатели напряжения довольно высокие, это может привести к фатальному исходу — смерти.

При присоединении конденсаторов к переменному току ситуация выглядит немного иначе. Так как источник переменного напряжения характеризуется свойством постоянно менять полярность, конденсаторный элемент будет постоянно разряжаться и заряжаться, пропуская переменный ток. Однако его значения не будут совпадать с напряжением источника, а составят на четверть периода больше.

Конечные показатели будут выглядеть следующим образом: примерно половину периода конденсатор будет получать электроэнергию от источника, а другую половину — отдавать потребителю. Это значит, что суммарный показатель активной мощности составит нулевое значение. Однако из-за того, что через конденсатор постоянно протекает значительный ток, для измерения которого используется амперметр, его относят к потребителям реактивных мощностей. Формула реактивной мощности вычисляется как произведение тока на напряжение, но в этом случае единицей измерения становится вольт-ампер реактивный (ВАр), а не Вт.

Реальные потребители

Разбираясь, как найти активную мощность, люди задумываются, что будет, если попытаться подключить емкостную и индуктивную нагрузку одновременно и параллельно. В таком случае реакция будет осуществляться противоположным образом, а конечные значения начнут компенсировать себя.

При определенных обстоятельствах можно достичь идеальной компенсации, но выглядит это парадоксально: подключенные амперметры отреагируют на значительные токи, а также их полное отсутствие. Но важно понимать, что идеальных конденсаторов не существует (то же самое касается катушек индуктивности), поэтому идеализация — это условная картина для расширенного понимания процессов.

Что касается реальной ситуации, то в бытовых условиях потребители расходуют чисто активную мощность, а также смешанную активно-индуктивную. В последнем случае основными потребителями являются такие приборы:

1. Электрические дрели.
2. Перфораторы.
3. Электрические двигатели.
4. Холодильники.
5. Стиральные машины.
6. Другая бытовая техника.

К тому же, к таким потребителям относятся электрические трансформаторы источников питания бытового оборудования и стабилизаторов напряжения. При смешанной нагрузке, кроме полезной, потребляется еще и реактивная, при этом ее значения могут превышать показатели активной мощности. В качестве единицы измерения полной мощности используется вольт-ампер.

В электротехнике присутствует такое понятие, как «косинус фи» или коэффициент мощности. Оно указывает на отношение активной мощности к реактивной. При использовании активных нагрузок, сопоставимых с реактивными, показатель cos φ равен 1. При совмещении емкостных и индуктивных нагрузок с нулевой активной мощностью значение «косинуса фи» будет составлять нулевое значение. Если речь идет о смешанных нагрузках, то коэффициент мощности будет варьироваться от 0 до 1.

Оплата электричества

Разобравшись, как найти активную и реактивную мощность, в чем может измеряться такое значение и как описать его простым языком, остается задать логичный вопрос, за что платит реальный потребитель, пользуясь электричеством. Оплачивать полную (реактивную) энергию нет смысла. Однако в этом вопросе существует множество подводных камней, которые кроются в незначительных деталях.

Как известно, смешанная нагрузка способствует повышению тока в электросети, в результате чего могут возникать разные трудности на электростанциях, где происходит выработка электричества синхронными генераторами. Дело в том, что индуктивные нагрузки вызывают «развозбуждение» генератора, а чтобы вернуть его в начальное состояние, придется потратить реальную активную энергию, то есть переплатить массу денежных средств. Есть смысл сделать реактивную мощность платной, так как это заставит клиента компенсировать полную составляющую нагрузок.

Если возникает необходимость оплачивать оба типа мощностей по отдельности, то потребитель может рассмотреть вариант монтажа специальных батарей конденсаторов, которые будут запускаться только по графику при достижении определенного уровня потребления электроэнергии. К тому же, есть возможность выполнить монтаж профессионального оборудования в виде компенсаторов реактивной энергии, которые подключают конденсаторы при росте количества потребляемой мощности. Они эффективно поднимают «косинус фи» с 0,6 до 0,97, то есть практически до отметки 1.

К тому же, согласно текущим нормам, если клиент использовал не больше 0,15 коэффициента мощности, то он освобождается от необходимости выполнять плату за полную нагрузку. Тем не менее, большинство индивидуальных потребителей используют совсем незначительный объем электричества, поэтому проводить разделение счетов на оплату двух типов энергии нецелесообразно.

К тому же, во многих зданиях установлены однофазные счетчики, которые не способны отслеживать расход реактивных электрических нагрузок, поэтому чек за электроэнергию выставляется с учетом израсходованной активной энергии.

Полезные советы

Заниматься компенсированием индуктивных нагрузок не совсем целесообразно, так как среднестатистический потребитель использует незначительное количество активной нагрузки. Да и обустройство приборов, разделяющих потоки, требует больших вложений и выглядит сложно в техническом плане.

Подключенные конденсаторы при отключении нагрузок бесполезно нагружают электропроводку. В некоторых случаях производители счетчиков оснащают их входы компенсационными конденсаторами с индуктивной нагрузкой. При правильной конфигурации такие элементы могут снизить энергопотери, а также немного поднять напряжение на приборе путем уменьшения падения напряжения на проводе подводки.

К тому же, компенсация реактивной энергии позволит снизить уровень токов по всей линии электропитания, что положительно скажется на экономии электричества и предотвратит чрезмерные энергопотери.

Понятия активной и реактивной нагрузки, использование формул

Расчёты

Для вычисления полной мощности используют формулу в комплексной форме. Например, для генератора расчет имеет вид:

А для потребителя:

Но применим знания на практике и разберемся как рассчитать потребляемую мощность. Как известно мы, обычные потребители, оплачиваем только за потребление активной составляющей электроэнергии:

P=S*cosФ

Здесь мы видим, новую величину cosФ. Это коэффициент мощности, где Ф – это угол между активной и полной составляющей из треугольника. Тогда:

cosФ=P/S

В свою очередь реактивная мощность рассчитывается по формуле:

Q = U*I*sinФ

Для закрепления информации, ознакомьтесь с видео лекцией:

https://youtube.com/watch?v=MdbG1f-SIC4

Всё вышесказанное справедливо и для трёхфазной цепи, отличаться будут только формулы.

Определение

Нагрузка электрической цепи определяет, какой ток через неё проходит. Если ток постоянный, то эквивалентом нагрузки в большинстве случаев можно определить резистор определённого сопротивления. Тогда мощность рассчитывают по одной из формул:

P=U*I

P=I2*R

P=U2/R

По этой же формуле определяется полная мощность в цепи переменного тока.

Нагрузку разделяют на два основных типа:

• Активную – это резистивная нагрузка, типа – ТЭНов, ламп накаливания и подобного.
• Реактивную – она бывает индуктивной (двигатели, катушки пускателей, соленоиды) и емкостной (конденсаторные установки и прочее).

Последняя бывает только при переменном токе, например, в цепи синусоидального тока, именно такой есть у вас в розетках. В чем разница между активной и реактивной энергией мы расскажем далее простым языком, чтобы информация стала понятной для начинающих электриков.

Что это такое

Полная мощность (ВА, кВА) характеризуется потребляемой нагрузкой (например, ИБП) двух составляющих, а также отклонением формы электрического тока и напряжения от гармонической. С мощностью электротока человеку приходится сталкиваться и в быту и на производстве, где применяются электрические приборы. Каждый из них потребляет электроток, поэтому при их использовании всегда необходимо учитывать возможности этих приборов, в том числе заложенные в них технические характеристики.

Значение полной мощности — вычисление формулы

Чтобы определить работу мощности за одну секунду, на практике применяется формула для производительности постоянного тока. Следует отметить, что данная физическая величина меняется во времени и для выполнения практического расчета совершенно бесполезна. Для вычисления среднего значения производительности требуется интегрирование по времени.

Обратите внимание! С целью определения данного показателя в электрической цепи, где периодически происходит смена напряжения и тока, средняя ёмкость вычисляется по передаче мгновенной мощности в течение определённого времени. Как вычисляется ёмкость по другой формуле

Как вычисляется ёмкость по другой формуле

Есть определенная категория людей, которая интересуется вопросом, какая бывает мощность. Активная производительность делится на следующие категории: фактическую, настоящую, полезную, реальную.

Ёмкость, преобладающая в электрических цепях постоянного тока, которая при этом получает нагрузку постоянного тока, определяется простым произведением напряжения по показателям нагрузки и потребляемого тока. Данная величина вычисляется по формуле: P = U х I. Данный результат показывает, что фазовый угол между током и напряжением отсутствует в электрических цепях постоянного тока. То есть отсутствует коэффициент производительности.

Синусоидальный сигнал намного усложняет процесс. Так как фазовый угол между током и напряжением может значительно отличаться друг от друга. Поэтому среднее значение определяется по следующей формуле:

P = U I Cosθ

Важно! Если в соединениях переменного тока фиксируется активная (резистивная) производительность, тогда для вычисления данного показателя применяется формула следующего характера: P = U х I. Мощность трёхфазной цепи

Мощность трёхфазной цепи

Когда синусоиды напряжения и тока не совпадают?

Индуктивное сопротивление

Если мы включим в цепь вместо лампочки или обогревателя любое индуктивное сопротивление, например, электромагнит, то увидим странную картину. Ток волшебным образом начинает отставать от напряжения! Почему такое происходит?

Электромагнит — это электрическая катушка — сердечник с намотанным на него проводом. Мы где-то когда-то давно слышали, что при протекании тока через катушку вокруг неё образуется магнитное поле. Но физика этого процесса довольно примечательна.

Сначала, когда напряжение возрастает от нуля до +325 вольт, в катушке возникает ток, порождающий электромагнитное поле, которое, в свою очередь, порождает ток, обратный идущему из сети. Катушка сопротивляется проходящему по ней току (точнее, его изменению). Это можно сравнить с инерцией. Чем быстрее мы хотим изменить скорость стального ядра, тем сильнее ядро сопротивляется этому, причём как на разгоне, так и на торможении. Итак, напряжение растёт, а рост тока начинает отставать.

Когда напряжение замирает в верхней точке +325 вольт, катушка перестаёт сопротивляться (встречный ток в ней возникает только в момент изменения проходящего по ней тока, и чем резче меняется этот ток, тем выше значение встречного тока, а если изменений нет и ток постоянен — встречный ток не возникает). Итак, напряжение в пике, и ток начинает идти свободно, возрастая до своего пика.

Когда напряжение пошло вниз, ток начинает снижаться. Но мы помним, что у катушки есть инерция! Запасённая в магнитном поле энергия начинает порождать попутный ток, который начинает помогать сетевому току. Теперь катушка сопротивляется снижению тока. В результате, напряжение падает, а ток ещё держится. Падение тока начинает отставать.

То есть, катушка при возрастании напряжения сопротивляется росту тока, а при падении напряжения пытается удержать падение тока, отдавая его в цепь. В результате синусоида тока начинает отставать от синусоиды напряжения, например, на четверть периода:

График из статьи http://www.sxemotehnika.ru/zakon-oma-dlia-peremennogo-toka.html

При таком раскладе получается следующее. Пятьдесят раз в секунду какая-то часть мощности забирается катушкой из сети, накапливается в её магнитном поле, а затем просто сбрасывается обратно в сеть. При этом ток по цепи проходит, но безвозвратно в другие виды энергии почти не преобразуется. Фактически, ток без толку греет провода.

Емкостное сопротивление

Помимо отставания тока от напряжения существует также цепи и с опережением тока от напряжения. Для этого вместо электромагнита включаем конденсатор (конденсатор — это емкостное сопротивление). При возрастании напряжения он нуля пустой конденсатор начинает заряжаться с максимальным током, хотя напряжение ещё не достигло максимума.

По мере заряда ток снижается, и во время максимума напряжения ток уже равен нулю.

Затем напряжение начинает падать, и конденсатор под действием всё увеличивающейся разности потенциалов между своим зарядом и напряжением сети начинает разряжаться, порождая всё возрастающий ток, который не прекращается с падением напряжения до нуля, поскольку тут же начинается его заряд обратной полярностью, когда напряжение становится отрицательным. В результате синусоида тока начинает опережать синусоиду напряжения.

То есть, конденсатор при возрастании напряжения сначала вызывает сильный ток, который падает до нуля при максимуме напряжения, а при последующем падении напряжения начинает вызывать сначала небольшой ток, а потом всё сильнее и сильнее, который достигает максимума при отсутствии напряжения сети. В результате синусоида тока начинает опережать синусоиду напряжения, например, на четверть периода:

График из статьи http://www.sxemotehnika.ru/zakon-oma-dlia-peremennogo-toka.html

При таком раскладе получается следующее. Пятьдесят раз в секунду мощность забирается конденсатором из сети, а затем просто сбрасывается обратно в сеть. То есть, как и в случае катушки электромагнита, ток по цепи проходит, но в другие виды энергии почти не преобразуется. Фактически, ток точно так же без толку греет провода.

Нелинейная нагрузка

Имеет особенность в том, что напряжение и ток не пропорциональны. К нелинейной нагрузке относятся телевизоры, музыкальные центры, настольные электронные часы, компьютеры и его компоненты. Сама нелинейность обусловлена тем, что данное электронное устройство использует импульсные блоки питания. Для подзарядки конденсатора, которые стоят в импульсном блоке питания, достаточно вершины синусоиды.

В остальное время энергию из сети конденсатор не потребляет. В этом случае ток имеет импульсное качество. К чему это все приводит? Это приводит к тому, что синусоида искажается. Но не все электронные устройства работают с искаженной синусоидой. Эта проблема решается за счет применения стабилизаторов двойного преобразования, где сетевое питание преобразуется в постоянное. Затем из постоянного преобразуется в переменное нужной формы и амплитуды.

Пусковой ток

При расчете необходимо учитывать и пусковые токи устройства. Например, сопротивление нити накаливания в лампочке в момент включения в 10 раз меньше, чем в рабочем режиме. Следовательно, пусковой ток этой лампочки в 10 раз больше. Через некоторое время она начнет потреблять ту мощность, которая записана в данных этой лампочки. Поэтому, при включении она перегорает за счет больших пусковых токов.

В радиоэлектронной аппаратуре пока не зарядится конденсатор в блоке питания, также образуется пусковой ток.

В нагревательных приборах пусковой ток образуется, пока спираль не нагреется до дежурной температуры.

Чисто активная нагрузка

Чисто активные нагрузки, подключенные к безындуктивной питающей сети, желательно устранить, так как они дают наибольшую скорость нарастания тока при включениях.
 

Рассматривалась чисто активная нагрузка, характеризующаяся значениями k 0 5; 1 0 и 2 0 ( см. уравнение ( 4 — 52) ] и равная по величине 1 или 5 номинальным мощностям машины; нагрузка подключалась таким образом, что индуктивное сопротивление между ней и машиной составляло 0 1 или 0 3 о. Результат анализа показал, что влияние нагрузки на предел статической устойчивости незначителен, за исключением тех случаев, когда нагрузка очень велика по сравнению с номинальной мощностью машины ( в 5 раз больше) и расположена электрически близко от генератора ( л: 0 1 о. Этот результат показывает, что при анализе устойчивости генератора нет смысла учитывать влияние нагрузки, за исключением тех случаев, когда нагрузка значительно превышает мощность генератора и расположена электрически близко от него.
 

При чисто активной нагрузке времена спада tj и in практически не зависят от предшествующего прямого тока и от крутизны перехода тока через нуль. В основном они определяются параметрами самого вентиля. Для обычно применяемых управляемых вентилей их продолжительность составляет около 0 1 мксек.
 

При чисто активной нагрузке ( кривая /) увеличение нагрузочного тока сопровождается сравнительно небольшим уменьшением напряжения, происходящим, главным образом, за счет падения напряжения на собственном сопротивлении обмотки статора.
 

При чисто активной нагрузке ( ф0) показания обоих ваттметров одинаковы.
 

При чисто активной нагрузке напряжение и ток проходят через уль одновременно. В этом случае скорость восстановления напряжения будет целиком определяться уже не колебаниями, происходящими с относительно высокой частотой / о, а ростом напряжения, изменяющегося с частотой сети, что значительно облегчает условия гашения дуги.
 

При чисто активной нагрузке напряжение и ток проходят через нуль одновременно. В этом случае скорость восстановления напряжения будет целиком определяться не колебаниями, происходящими с относительно высокой частотой, а медленным ростом напряжения сети, что сильно облегчает условия гашения дуги.
 

При чисто активной нагрузке кривая тока повторяет кривую напряжения.
 

При чисто активной нагрузке все эти варианты ведут себя одинаково, поскольку это касается изменения напряжения на нагрузке в зависимости от величины угла задержки а. При индуктивной нагрузке каждая схема имеет свои особенности. Удобства ради данные о номинальных токах и напряжениях, требующихся для полупроводниковых приборов в этих схемах, приведены в табл. 8.1. Охарактеризуем вкратце все эти схемные варианты.
 

При чисто активной нагрузке ( рис. 3 — 35, а) поток реакции якоря направлен поперек полюсов и реакция якоря называется поперечной.
 

При чисто активной нагрузке ( Ха 0, fa 0) ур-ние (4.21) вырождается в уравнение прямой, что совпадает с полученными ранее результатами.
 

При чисто активной нагрузке ( / Ya 0 Ра0) ур-ние (4.21) вырождается в уравнение прямой, что совпадает с полученными ранее результатами.
 

Кривые выпрямленного.

При чисто активной нагрузке ( рис. 7.68, о), когда кривая выпрямленного напряжения иа содержит широкий спектр высших гармонических, высшие гармонические в кривой первичного тока / t отсутствуют. В другом предельном случае ( рис. 7.68, 6), когда кривая выпрямленного напряжения при Ха оо не содержит гармонических, в кривую первичного тока входит широкий их спектр. Эта закономерность сохраняется и при любом другом числе вторичных фаз.
 

При чисто активной нагрузке ( ф2 0) Ды ыа, % Вычисленные падения напряжения следует сопоставить с теми, которыми задались в (1.14), и уточнить число витков обмоток.
 

Активная нагрузка

К устройствам с активной нагрузкой причисляются нагревательные приборы (утюги, электроплиты, лампы накаливания, электрические чайники). Подобные приборы вырабатывают тепло и свет. Они не содержат индуктивности и емкости. Активная нагрузка преобразовывает электроэнергию в свет и тепло.

Реактивная нагрузка содержит емкость и индуктивность. Данные параметры имеют качество собирать энергию, а потом отдавать ее в сеть. Примером может служить электродвигатель, электрическая мясорубка, бытовой инструмент (пылесос, кухонный комбайн). То есть, все устройства, которые содержат электродвигатели.

Устройство компенсатора

Обычный компенсатор реактивной мощности представляет собой металлический шкаф стандартных размеров с панелью контроля и управления на лицевой панели, обычно открываемой. В нижней части его располагаются наборы конденсаторов (батареи). Такое расположение обусловлено простым соображением: электрические емкости довольно тяжелые, и вполне логично стремление сделать конструкцию более устойчивой. В верхней части, на уровне глаз оператора, находятся необходимые контрольные приборы, в том числе и фазоуказатель, при помощи которого можно судить о величине коэффициента мощности. Имеется также различная индикация, в том числе и аварийная, органы управления (включения и выключения, перехода на ручной режим и проч.). Оценку сравнения показаний измерительных датчиков и выработку управляющих воздействий (подключение конденсаторов нужного номинала) выполняет схема, основой которой служит микропроцессор. Исполнительные устройства работают быстро и бесшумно, они, как правило, построены на мощных тиристорах.

Смысл реактивной нагрузки

В электрической цепи с реактивной нагрузки фаза тока и фаза напряжения не совпадают во времени. В зависимости от характера подключенного оборудования напряжение либо опережает ток (в индуктивности), либо отстаёт от него (в ёмкости). Для описания вопросов используют векторные диаграммы. Здесь одинаковое направление вектора напряжения и тока указывает на совпадение фаз. А если вектора изображены под некоторым углом, то это и есть опережение или отставание фазы соответствующего вектора (напряжения или тока). Давайте рассмотрим каждый из них.

В индуктивности напряжение всегда опережает ток. «Расстояние» между фазами измеряется в градусах, что наглядно иллюстрируется на векторных диаграммах. Угол между векторами обозначается греческой буквой «Фи».

В идеализированной индуктивности угол сдвига фаз равен 90 градусов. Но в реальности это определяется полной нагрузкой в цепи, а в реальности не обходится без резистивной (активной) составляющей и паразитной (в этом случае) емкостной.

В ёмкости ситуация противоположна – ток опережает напряжение, потому что индуктивность заряжаясь потребляет большой ток, который уменьшается по мере заряда. Хотя чаще говорят, что напряжение отстаёт от тока.

Если сказать кратко и понятно, то эти сдвиги можно объяснить законами коммутации, согласно которым в ёмкости напряжение не может изменится мгновенно, а в индуктивности – ток.

Мощность электричества

Количество работы, совершаемой электрическим током за единицу времени, называется мощностью. Она преобразуется в различные виды энергий: механическую, тепловую и т. д. В цепях с постоянным и переменным токами она вычисляется различными способами. В большинстве случаев ее рассчитывать нет необходимости, поскольку она указывается на электрооборудовании (на корпусе и в документации). Расчет необходим только при проектировании устройств.

Основные соотношения

В цепи постоянного тока формула мощности записывается таким образом: P = I * U. Существуют и другие соотношения, получаемые из закона Ома (I = U / R):

1. Для участка цепи: P = sqr (I) * R = sqr (U) / R.
2. Для полной цепи (с учетом ЭДС — e) равенство записывается следующим образом: P = I * e = I * e — sqr (I) * Rвн = I * (e — (I * Rвн)).
3. P = I * (e + (I * Rвн)).

Во втором случае формулу нужно применять при условии, что в цепи присутствует электрический двигатель или выполняется зарядка аккумулятора, т. е. происходит потребление электроэнергии. При наличии в электроцепи генератора или гальванического элемента, поскольку происходит отдача энергии, следует применять последнюю формулу. Эти соотношения невозможно применять для цепей, которые потребляют переменный ток. Основная причина — его характеристики, которые меняются с течением времени по определенному закону.

В физике существуют три вида мощностей, которые зависят от элементов: активная (резистор), реактивная (емкость и индуктивность) и полная. Активная мощность вычисляется при помощи следующей формулы: Pа = I * U * cos (a). В соотношении учитываются значения U и I, которые являются среднеквадратичными, а также косинус угла сдвига фаз между ними. Реактивная мощность находится аналогично, только вместо косинуса следует использовать синус: Qр = I * U * sin (a). При индуктивной нагрузке в цепи значение Qp>0, а при емкостной Qp<0. Единицей измерения мощности в международной системе исчислений (СИ) является ватт (сокращенно Вт).

Физический смысл ватта

Физический смысл ватта следующий: расход электроэнергии за определенное время. Следовательно, 1 Вт — расход 1 джоуля (Дж) электрической энергии за 1 секунду. Иными словами, киловаттный чайник потребляет 1000 Дж электрической энергии за единицу времени. Для удобства выполнения расчетов используются специальные приставки: милливатт (мВт, mwatt), киловатт (кВт или kwatt), мегаватт (МВт, Mwatt), гигаватт (ГВт, Gwatt) и т. д.

Ватт связан следующим равенством с другими величинами: 1 Вт = 1 Дж/с = (1 кг * sqr (м)) / (c * sqr (c)) = 1 Н * м / с = 746 л. с. Последнее значение является электрической лошадиной силой. Численные значения приставок можно найти в технических справочниках, а также в интернете. Например, 1 кВт равен 1000 Вт. Приставка «к» обозначает, что следует число, стоящее перед ней, умножить на 1000. Для того чтобы перевести 1 МВт, следует умножить число на значение приставки: 1 * 1000000 = 1000000 Вт = 1000 кВатт. Если необходимо перевести Вт в кВт, то нужно количество ватт разделить на 1000.

Для учета расхода количества электроэнергии принята единица, которая называется ватт-час (Втч). Величины Втч и Вт отличаются. Ватт — мощность, а Ватт-час расшифровывается, как количество электроэнергии, потребляемое за единицу времени

Очень важно правильно писать и расшифровывать последнюю величину Вт*ч (умножение, а не деление). Разницу между Вт и ВТч возможно определить и расчетным методом

Например, необходимо рассчитать потребление электроэнергии за 30 минут электроприбором мощностью 2,5 кВт. Порядок вычисления следующий:

1. Следует перевести время в часы: 30/60 = 0,5 (ч).
2. Выполнить расчет по формуле: Pч = P * t = 2,5 * 0,5 = 1,25 (киловатт-час пишется — кВт*ч).

Таким образом, мощность и количество потребляемой электрической энергии являются различными физическими величинами, которые довольно просто рассчитываются. Вычисления помогают определить количество электроэнергии и помогают в экономии денежных средств.

Коррекция коэффициента мощности

Коррекция коэффициента мощности при помощи конденсаторов

Коррекция коэффициента мощности (англ. power factor correction (PFC)) — процесс приведения потребления конечного устройства, обладающего низким коэффициентом мощности при питании от силовой сети переменного тока, к состоянию, при котором коэффициент мощности соответствует принятым стандартам.

К ухудшению коэффициента мощности (изменению потребляемого тока непропорционально приложенному напряжению) приводят нерезистивные нагрузки: реактивная и нелинейная. Реактивные нагрузки корректируются внешними реактивностями, именно для них определена величина cos⁡φ{\displaystyle \cos \varphi }. Коррекция нелинейной нагрузки технически реализуется в виде той или иной дополнительной схемы на входе устройства.

Данная процедура необходима для равномерного использования мощности фазы и исключения перегрузки нейтрального провода трёхфазной сети. Так, она обязательна для импульсных источников питания мощностью в 100 и более ватт[источник не указан 3367 дней]. Компенсация обеспечивает отсутствие всплесков тока потребления на вершине синусоиды питающего напряжения и равномерную нагрузку на силовую линию.

Разновидности коррекции коэффициента мощности

• Коррекция реактивной составляющей полной мощности потребления устройства. Выполняется путём включения в цепь реактивного элемента, производящего обратное действие. Например, для компенсации действия электродвигателя переменного тока, обладающего высокой индуктивной реактивной составляющей полной мощности, параллельно цепи питания включается конденсатор. В масштабах предприятия для компенсации реактивной мощности применяются батареи конденсаторов и других компенсирующих устройств.
• Коррекция нелинейности потребления тока в течение периода колебаний питающего напряжения. Если нагрузка потребляет ток непропорционально приложенному напряжению, для повышения коэффициента мощности требуется схема пассивного (PPFC) или активного корректора коэффициента мощности (APFC). Простейшим пассивным корректором коэффициента мощности является дроссель с большой индуктивностью, включённый последовательно с питаемой нагрузкой. Дроссель выполняет сглаживание импульсного потребления нагрузки и выделение низшей, то есть основной, гармоники потребления тока, что и требуется (правда, это достигается в ущерб форме напряжения, поступающего на вход устройства). Активная коррекция коэффициента мощности ценой некоторого усложнения схемы устройства способна обеспечивать наилучшее качество коррекции, приближая коэффициент мощности к 1.

Расчет и виды

Из-за прямой зависимости мощности от напряжения в сети и токовой нагрузки следует, что эта величина может появляться как от взаимодействия большого тока с малым напряжением, так и в результате возникновения значительного напряжения с малым током. Такой принцип применим для превращения в трансформаторах и при передаче электроэнергии на огромные расстояния.

Существует формула для расчета этого показателя. Она имеет вид P = A / t = I * U, где:

• Р является показателем токовой мощности, измеряется в ваттах;
• А — токовая работа на цепном участке, исчисляется джоулями;
• t выступает временным промежутком, на протяжении которого совершалась токовая работа, определяется в секундах;
• U является электронапряжением участка цепи, исчисляется Вольтами;
• I — токовая сила, исчисляется в амперах.

Реактивный показатель мощности способствует возникновению самоиндукционного явления. Такое преобразование частично возвращает энергетические потоки обратно в сеть, из-за чего происходит смещение токовых значений
и напряжения с отрицательным воздействием на электросеть.

Оцените статью:

Активная нагрузка — генератор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Активная нагрузка — генератор

Cтраница 1

Активная нагрузка генератора определяется сопротивлением Кщ, которое зависит от токов и напряжений в остальных обмотках, потерь в обмотках, сердечнике, в базовой и коллекторной цепях транзистора.  [2]

Чем меньше активная нагрузка генератора, тем с меньшим током возбуждения и соответственно с большим потреблением реактивной мощности он может работать.  [4]

Чем меньше активная нагрузка генератора, тем с меньшим током возбуждения и соответственно с большим потреблением реактивной мощности может работать генератор. Предельный наименьший ток, который имеет место при отсутствии активной нагрузки, равен нулю.  [6]

Чем меньше активная нагрузка генератора, тем с меньшим током возбуждения и соответственно с большим потреблением реактивной мощности может работать генератор. Предельный минимальный ток, который имеет место при отсутствии активной нагрузки, равен нулю.  [8]

Повышение активной нагрузки генератора при повышении коэффициента мощности возможно только при том условии, что может быть допущено увеличение нагрузки первичного двигателя, например паровой или гидравлической турбины.  [9]

Увеличение активной нагрузки генератора производят путем увеличения количества пара или воды, пропускаемого через турбину. Это происходит до тех пор, пока мощность, развиваемая турбиной, не уравновесится электромагнитной мощностью генератора. При уменьшении активной нагрузки угол б уменьшается.  [11]

При достаточно больших активных нагрузках генераторов и сравнительно низком напряжении на выводах генератора даже небольшое снижение активной мощности может привести к значительному увеличению располагаемой реактивной мощности.  [13]

Рг — суммарная активная нагрузка генераторов системы; Рп — суммарная активная нагрузка потребителей системы; Рс — суммарная активная мощность, потребляемая на собственные нужды всей системы в целом; APs — суммарные потери активной мощности во всех звеньях электрической системы.  [14]

Для стабилизации активной нагрузки генератора, работающего параллельно с сетью, применяются автоматические регулятора мощности. На рис. 3.2.18 показано, что если включить такой автоматический регулятор, то активный ток в установившихся режимах не будет зависеть от колебаний частоты сети. Включение регулятора фиксируется на рисунке установлением коэффициента усиления ( kia) равным единице. Вид переходного процесса теперь уже определяется еще и параметрами системы стабилизации активной мощности.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

Увеличение — активная нагрузка — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Увеличение — активная нагрузка

Cтраница 1

Увеличение активных нагрузок на промышленных предприятиях сопровождается соответствующим ростом потребления реактивной мощности. В связи с этим проблема компенсации и наиболее эффективного распределения реактивной мощности становится настоятельной необходимостью.  [1]

Увеличение активной нагрузки генератора производят путем увеличения количества пара или воды, пропускаемого через турбину. Это происходит до тех пор, пока мощность, развиваемая турбиной, не уравновесится электромагнитной мощностью генератора. При уменьшении активной нагрузки угол б уменьшается.  [3]

При увеличении активной нагрузки станции происходит уменьшение скорости вращения роторов генераторов, вследствие чего регуляторы турбин автоматически увеличивают поступление пара или воды. При уменьшении активной нагрузки, наоборот, автоматические регуляторы турбин уменьшают поступление пара или воды.  [4]

U const в случае увеличения активной нагрузки вектор / непрерывно поворачивается против часовой стрелки и при некотором 6 начинает опережать О.  [6]

С переходом к режиму равных напряжений и увеличением активной нагрузки реактивные мощности концов линии уменьшаются.  [8]

Таким образом, отмечается общий характер снижения напряжений с увеличением активной нагрузки.  [10]

Из векторной диаграммы, изображенной на рис. 6, можно видеть, что АРН с устройством токовой компенсации почти не реагирует на увеличение активной нагрузки генератора, отзываясь в то же время на малейшее изменение реактивной нагрузки генератора.  [12]

Скорость набора реактивной нагрузки ( повышения токов статора и ротора) генераторов и синхронных компенсаторов с косвенным охлаждением обмоток, турбогенераторов газотурбинных установок, а также гидрогенераторов с непосредственным охлаждением обмоток не ограничивается, а у турбогенераторов с непосредственным охлаждением обмоток реактивная нагрузка в нормальных условиях должна увеличиваться пропорционально увеличению активной нагрузки. Это вызвано тем, что при значительной длине активных частей турбогенераторов тепловые расширения обмоток и стальных частей значительно отличаются друг от друга. Обмотки с непосредственным охлаждением имеют постоянную времени нагрева, примерно в 10 — 15 раз меньшую, чем сердечник. Такое различие в скорости достижения установившейся температуры приводит к тому, что разность температур в стали и в меди ротора в начальном периоде пуска может оказаться такой большой, что вызовет механические напряжения в меди обмотки ротора, превышающие предел ее текучести. Это, в свою очередь, при частых повторениях может вызвать деформацию обмотки ротора. Перемещения обмоток или чрезмерные усилия при частых повторениях могут вызвать повреждения изоляции или деформацию меди, поэтому при нормальных пусках турбогенераторов с непосредственным охлаждением обмоток введено ограничение на скорость повышения тока статора, а это же автоматически накладывает ограничение на скорость повышения тока ротора.  [13]

Коэффициент мощности ( cos p) трансформатора при холостом ходе очень мал. С увеличением активной нагрузки трансформатора cos p его увеличивается достигая при полной нагрузке почти единицы.  [14]

Увеличение напряжений в сети приводит к росту суммарной активной нагрузки в системе за счет роста бытовой нагрузки, мощность которой сильно зависит от напряжения, и за счет снижения скольжения асинхронных двигателей, хотя потери мощности в сети уменьшаются. В связи с увеличением активной нагрузки рост напряжений приводит к снижению частоты, которое при наличии резерва активной мощности может быть предотвращено действием автоматических регуляторов частоты. Снижение напряжений аналогичным образом приводит к снижению активной нагрузки в системе и, следовательно, к повышению частоты. При дефиците активной и реактивной мощностей в послеаварий-ном режиме снижение напряжений до некоторой степени предотвращает резкое снижение частоты.  [15]

Страницы:      1    2

формула, как определить — Asutpp

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

Определение

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

Соотношение энергий

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

Прибор	Мощность бытовых приборов, Вт/час
Зарядное устройство	2
Люминесцентная лампа ДРЛ	От 50
Акустическая система	30
Электрический чайник	1500
Стиральной машины	2500
Полуавтоматический инвертор	3500
Мойка высокого давления	3500

 

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

Генерация активной составляющей

Обозначение реактивной составляющей:

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

Расчет

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

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

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

Схема симметричной нагрузки

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

S = U * I * cos φ.

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

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

Расчет трехфазной сети

Максимальная и активная обозначается P, реактивная мощность – Q.

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

Q_L = U_LI = I²x_L

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

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

S = √P² + Q², и все это равняется U*I .

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

Сопротивление индуктивности: x_L = ωL = 2πfL,

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

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

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

Диаграмма треугольников напряжений

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

cos φ = r/z = P/S

Для получения максимально точных результатов рекомендуется не округлять полученные данные.

Компенсация

Учитывая, что при резонансе токов реактивная мощность равняется 0:

Q = QL — QC = ULI – UCI

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

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

1. Значительно уменьшается нагрузка силовых трансформаторов;
2. Провода меньше нагреваются, это не только положительно влияет на их работу, но и повышает безопасность;
3. У сигнальных и радиоустройств уменьшаются помехи;
4. На порядок уменьшаются гармоники в электрической сети.

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

Емкостная и индуктивная нагрузка

В этой статье подробно рассмотрены три основных типа потребляемой мощности, которые используются в бытовых приборах и автомобилях.

Что это такое

Первым делом необходимо узнать, что такое активная энергия. Эта величина, расходуемая нагрузкой в обычном сопротивлении. Это относится к нагревательный устройствам (чайники, электрические камины, микроволновые печи и прочее). Расходуемая мощность данных устройств полностью активная. В таким устройствах используемая энергия навсегда и полностью трансформируется в другую группу энергии.

Мощность указывается символом P и обозначается в Ваттах (Вт).

Чтобы найти эту величину, необходимо воспользоваться формулой:

P = U * I;

В таком случае работа будет выполняться без изменений.

График индуктивной мощности

В цепях с переменным напряжением есть только активная энергия, потому что показатели мгновенной и средней мощности там сходятся.

Индуктивная работа — через нее проходит сила тока и отстает от напряжения. В результате будет расходоваться реактивная энергия.

Для примера, такая нагрузка используется в асинхронных двигателях, датчиках холостого хода, реакторах, трансформаторов тока, выпрямителях и прочих преобразователях.

Асинхронный двигатель индуктивного вида

Откуда появляется

Образование названия «реактивная мощь» относится к необходимости выделения энергии, которая расходуется нагрузкой, с формированием электромагнитных полей.

Этот компонент используется при индуктивном типе. Например, во время подсоединения электрических двигателей. Все бытовые приборы, а также некоторые промышленные и сельскохозяйственные объекты используют данный тип нагрузки.

Три основных вида на примере генератора

В электроцепях, когда работа будет активного вида, то внутри ток не отстает от показателей напряжения. Если энергия будет индуктивного вида, то ток будет запаздывать в отличии от напряжения. При емкостной, ток будет идти быстрее напряжения. Ниже подробно разобраны три типа работ, а также сфера их применения.

Виды энергии

Ниже представлены основные виды нагрузок, которые используются в повседневной жизни. Они могут быть как в бытовых приборах, как и в различных двигателях или датчиках.

Активная

Для данной работы используется закон Ома, который выполняется в каждую секунду времени и схож с правилом для переменного тока. Такой тип применяется в лампах для освещения или в электроплитах.

Активно емкостная нагрузка формула

Емкостная

Этот вид превращает в течении определенного времени энергию электрического тока в электрополе, а далее превращает ее в электрический ток. А также, здесь сила тока будет опережать напряжение.

В качестве примера может быть конденсатор. К сожалению, встретить полные реактивные нагрузки невозможно ни в одном приборе. Каждый вид не имеет коэффициент полезного действия 100%, потому что существуют потери энергии в воздухе и прочее. Потому чаще всего используется название активно-реактивной работы.

Индуктивная

Данный вид превращает энергию в магнитное поле, а далее меняет ее в электрический ток. Сила тока в этом случае будет отставать от напряжения. Для примера можно взять индуктивную катушку или датчик дросселя на автомобиле.

Функционирование выпрямителей

Как влияют нагрузки на функционирование выпрямителей и напряжение в цепи

В любой цепи выпрямителя, нагрузка будет иметь исключительно активное сопротивление.

На практике такие приборы достаточно редко функционируют на полном активном сопротивлении, потому что в большинстве вариантов их оснащают электрическими элементами, содержащими индуктивные и емкостные части.

Бывает, что работа содержит части с индуктивной мощностью (обмотки реле, дроссельные заслонки и так далее). Также выпрямители могут спокойно функционировать на встречной электродвижущей силе, например при зарядке АКБ для автомобилей. Также мощность может быть смешанного вида, в которой есть все три параметра.

График зависимости с выпрямителем

Емкостная и индуктивная нагрузка чаще всего встречаются в повседневной жизни и бытовых приборах.

На предприятиях также устанавливают конденсаторные установки, потому что они обладают рядом плюсов:

• уменьшение расходов электрической энергии;
• уменьшение расходов на ремонт и обслуживание промышленных приборов;
• сдерживание шумов в сети;
• снижение искажения фаз;
• увеличение возможности сети электроснабжения, благодаря чему можно подсоединять электрические приборы без увеличения стоимости питания;
• уменьшение сопротивления в сети;
• снижение уровня высокочастотных помех.

Данные установки достаточно дорого стоят, поэтому нет смысла использовать их в квартирах, домах или небольших офисах.

Конденсаторные установки

В заключении необходимо отметить, что такие нагрузки необходимо знать для того, чтобы правильно рассчитать мощность каких-либо приборов. Помимо всех перечисленных типов, существуют также резистивные и активные. Информацию о них можно найти на соответствующих форумах по электрике.

Активные нагрузки в схемах усилителя Рабочий лист

Делитель напряжения с объединенными реостатами даст наибольшее изменение выходного напряжения для данного изменения сопротивления R ₂ , потому что изменяется только числитель дроби в формуле делителя напряжения с ₂ рэнд, а не знаменателем.

Последующий вопрос №1: что происходит с величиной тока в каждой цепи при заданном изменении сопротивления R ₂ ? Объяснить, почему.

Последующий вопрос № 2: объясните, как потенциометр выполняет точную функцию в качестве второй цепи с двумя (дополняющими друг друга) группами реостатов.

Ноты:

Понимание математической основы ответа может быть значительным скачком для некоторых студентов. Если они не могут понять, как формула делителя напряжения подтверждает ответ, предложите им провести «мысленный эксперимент» с действительно простыми числами:

•

Начальные условия:

R ₁ = 1 Ом

R ₂ = 1 Ом

В _{аккумулятор} = 1 В

Теперь увеличьте R ₂ с 1 Ом до 2 Ом и посмотрите, какая схема делителя напряжения испытала наибольшее изменение выходного напряжения.После того, как эти примерные величины помещены в соответствующие формулы, станет легко увидеть, как формула делителя напряжения объясняет больший размах напряжения второй схемы делителя.

Укажите вашим ученикам, что это пример решения практических задач: проведение «мысленного эксперимента» с действительно простыми величинами для численного изучения того, как две разные системы реагируют на изменения. Хотя в этой технике нет ничего особенно сложного, многие студенты избегают ее, потому что думают, что должен быть какой-то более простой способ (готовое объяснение, в отличие от собственного мысленного эксперимента), чтобы понять концепцию.Преодоление этого установочного барьера — сложный, но важный шаг в развитии у них способности к самообучению.

MOSFET Amplifire с активной нагрузкой

Что такое активная нагрузка?

В схемах усилителя MOSFET вместо пассивного резистора для увеличения усиления усилителя используется активный компонент, такой как схема MOSFET или MOSFET (Current Mirror). Этот активный компонент или активная схема известен как Активная нагрузка .

Фиг.Усилитель с 1 МОП-транзистором с активной нагрузкой

Почему в схемотехнике используется активная нагрузка?

Активная нагрузка обычно используется в интегральных схемах, где размер и потребляемая мощность являются основными ограничениями. Кроме того, в интегральных схемах для изготовления резистора требуется много места. И поэтому вместо резистора используется активная нагрузка. Активная нагрузка также помогает увеличить коэффициент усиления усилителя по напряжению. Чтобы понять этот момент, давайте рассмотрим пример простого усилителя с общим источником с пассивной нагрузкой.

Рис. 2 Усилитель с общим источником и пассивной нагрузкой

Как показано на рис. 2, коэффициент усиления усилителя с общим источником составляет | Av | = gm * (R _D || ro).

Где ro — выходное сопротивление полевого МОП-транзистора. Если ro >> R _D , то | Av | ≈ г * R _D

Для увеличения усиления необходимо увеличить R _D или g _м . Но по мере увеличения R _D падение напряжения на R _D также увеличивается, и, следовательно, доступное напряжение на выводе стока уменьшается.На одном этапе полевой МОП-транзистор может выходить из насыщения.

Аналогичным образом, увеличивая ID тока стока, можно увеличить крутизну (gm). Но по мере увеличения тока стока увеличивается рассеиваемая мощность в цепи. Кроме того, с увеличением тока стока увеличивается падение напряжения на резисторе стока. И в какой-то момент MOSFET может выйти из насыщения.

Конечно, увеличивая напряжение источника питания, полевой МОП-транзистор можно удерживать в области насыщения, и можно до некоторой степени увеличить коэффициент усиления.Но это не вариант для современных интегральных схем, где диапазон питающих напряжений сокращается день ото дня. Все эти проблемы можно устранить с помощью активной нагрузки.

Идеальный источник тока в качестве активной нагрузки

Рис.3 Смещение полевого МОП-транзистора с помощью источника тока (источник тока в качестве активной нагрузки)

Усилитель может быть смещен с помощью источника постоянного тока. Текущий источник является примером активной нагрузки. Если текущий источник идеален, то есть несколько преимуществ.

1. Ток смещения остается стабильным независимо от изменений параметров внешней цепи, таких как температура
2. Идеальный источник тока имеет бесконечное выходное сопротивление.

В эквивалентной схеме переменного тока идеальный источник тока может быть заменен разомкнутой цепью. А коэффициент усиления усилителя по напряжению | Av | = gm * ro, где ro — выходное сопротивление полевого МОП-транзистора.

gm * ro известен как собственное усиление усилителя. Это максимально достижимый коэффициент усиления для данной конфигурации усилителя.Использование источника тока в качестве нагрузки значительно улучшает коэффициент усиления по напряжению. Как правило, при существующем технологическом процессе можно получить коэффициент усиления от 20 до 50. Как правило, в интегральных схемах источник тока для смещения генерируется с использованием схемы токового зеркала. А поскольку это неидеальный источник тока, он имеет конечный выходной импеданс. Из-за конечного выходного сопротивления коэффициент усиления еще больше уменьшается.

Рис. 4 Фактический источник тока (с конечным выходным сопротивлением)

В эквивалентной схеме слабого сигнала фактический источник тока может быть заменен его выходным сопротивлением.(Как показано на рис. 5)

Рис. 5 Источник тока будет заменен его выходным сопротивлением в эквивалентной схеме переменного тока

И коэффициент усиления по напряжению | Av | = g _м * (ro1 || ro2). Следовательно, из-за конечного выходного сопротивления фактического источника тока коэффициент усиления по напряжению уменьшается. Чтобы увеличить коэффициент усиления по напряжению, необходимо увеличить выходное сопротивление источника тока. Обычно для достижения большого усиления по напряжению используется каскодный усилитель вместе с каскодным источником тока.В следующих статьях будут рассмотрены схемы каскодного усилителя и токового зеркала.

Активная нагрузка — обзор

Поиск топологии, удовлетворяющей требованиям драйвера

(1) Минимальные измеренные искажения

Это требование подразумевает почти горизонтальные линии нагрузки. Горизонтальная линия нагрузки подразумевает активную нагрузку, но также возможны большие резистивные нагрузки, требующие более высокого напряжения HT.

(2) Искажение, состоящее из гармоник низкого порядка

Это требование подразумевает триоды, а не пентоды.Одновременный учет требований (1) и (2) позволяет предположить, что триоды из семейства * SN7 / * N7 были бы идеальными.

(3) Двухтактный выход с хорошей балансировкой

Это требование лучше всего решается с помощью двух каскадных дифференциальных пар с хвостовиками стока постоянного тока. Поскольку триоды создают преимущественно искажения второй гармоники, которые компенсируются дифференциальной парой, это удовлетворяет требованию (1), но усиливает предпочтение семейства * SN7 / * N7, поскольку теперь необходимы клапаны, производящие низкие искажения третьей гармоники из-за конструктивного суммирования нечетных гармоник в дифференциальная пара.

(4) Большое неискаженное колебание напряжения

Одной из сильных сторон дифференциальной пары является ее линейность при качании больших напряжений. Тем не менее, чем больше доступно напряжение HT, тем лучше, поэтому это требование подразумевает, что каскад драйвера должен иметь HT> 400 В. Поскольку выходной каскад, вероятно, будет использовать ≈400 В, это означает, что каскад драйвера нуждается в выделенном источнике питания HT.

(5) Достаточное усиление для включения глобальной отрицательной обратной связи, если требуется

Это требование, вероятно, может быть выполнено двумя каскадными дифференциальными парами * SN7 / * N7.При необходимости коэффициент усиления можно увеличить вдвое, используя двойной триод с высоким уровнем μ , такой как 6SL7, 7F7, ECC83 или ECC808, во входной дифференциальной паре, но это, вероятно, приведет к увеличению искажений, поскольку клапаны с высоким уровнем μ имеют тенденцию к требуется 400 В HT, что может быть недоступно.

(6) Низкое выходное сопротивление постоянному току во избежание проблем с постоянным током сети

Большинство более крупных силовых клапанов пропускают значительный ток сети даже при отрицательном напряжении в сети, поэтому в технических паспортах производителей рекомендуются такие низкие максимальные значения для их сети -резисторы утечки.Тем не менее, небольшой резистор утечки в сеть представляет собой излишне жесткую нагрузку для предыдущего каскада.

Удовлетворение этого требования требует, чтобы драйверы были подключены по постоянному току к решеткам выходных клапанов. Выходной каскад HT используется наиболее эффективно, если катоды выходных клапанов находятся под напряжением 0 В, потому что это означает, что В _HT ≈ В _a . Следовательно, V _a каскада драйвера должны быть отрицательными для правильного смещения выходных клапанов. Аноды дифференциальной пары драйвера могут находиться под отрицательным напряжением только в том случае, если хвост дифференциальной пары возвращается к значительному отрицательному источнику питания HT, возможно, –300 В.Если каскад драйвера использует питание выходного каскада для своей положительной HT, он теперь имеет HT между Rail-to-Rail, равным 700 В, что легко удовлетворяет требованиям (4) и (1).

(7) Низкое выходное сопротивление переменного тока для нагрузки привода

Хотя семейство * SN7 / * N7 обеспечивает низкий уровень искажений, r _a не является особенно низким и не соответствует этому требованию. Клапаны, такие как 6BX7 и 6BL7, имеют более низкие значения r _a , но их искажения имеют тенденцию быть очень переменными, а их емкость Миллера является наказательной.Добавление катодных повторителей к выходам дифференциальной пары разделяет ответственность за низкие искажения и низкое выходное сопротивление, позволяя оптимизировать дифференциальную пару для линейности и качания, а катодные повторители — для способности управлять током.

(8) Допуск изменения угла проводимости выходного каскада с 360 ° до 0 °

Для выполнения этого требования требуется больше, чем кажется на первый взгляд. Когда мы исследовали фазоделители, мы обнаружили, что все фазоделители чувствительны к своей нагрузке, требуя нагрузок класса А.Требования к катодным повторителям теперь усилены, поскольку их буферное действие позволяет двухкаскадному фазоделителю работать без помех при произвольных углах проводимости выходного каскада.

Автор считает, что попытка чисто привести выходной каскад в класс AB2 не стоит свеч, поэтому катодные повторители будут смещены только так, чтобы они могли чисто управлять емкостью Миллера выходного каскада, и никаких явных попыток управлять сетевым током будет сделано. Чтобы максимизировать размах выходного сигнала, катодные повторители, вероятно, будут работать со своими катодами при половинном высокотемпературном напряжении между фазами шины, поэтому В _a = 350 В.Если мы не пытаемся управлять сетевым током, достаточно I _a = 7 мА, в результате чего P _a = 2,5 Вт, что находится в пределах диапазона * SN7 / * N7 (см. Приложение ).

(9) Мгновенное восстановление даже после большой перегрузки

Это требование означает, что усилитель не должен подвергаться блокировке. Следовательно, конденсаторы связи должны быть расположены так, чтобы они соединялись с каскадом, который не может быть перегружен. По определению выходной каскад может быть перегружен, но мы уже указали, что он должен быть подключен по постоянному току.Нет никакого преимущества в размещении разделительных конденсаторов между второй дифференциальной парой и катодными повторителями, потому что аноды дифференциальной пары должны иметь примерно такое же напряжение, что и решетки катодных повторителей, чтобы воспользоваться преимуществом подключения шины к шине. -рельс ВТ напряжение. Правильное положение разделительных конденсаторов — между двумя дифференциальными парами.

Ранняя итерация схемы драйвера достигла 0,03% THD + N чуть ниже точки, в которой ток сетки выходного каскада вызвал катастрофическую нагрузку.Автор одновременно смущен и горд сообщить, что измерение его искажений, когда он чисто качал дифференциальное напряжение +47 дБн (177 В, _RMS ) на нагрузку 100 кОм, на короткое время дало показатель 0,11% THD + N перед его аудиосигналом MJS401D. Тестовый набор на короткое время мигнул «УРОВЕНЬ ВЫСОКИЙ» и умер.

Мораль : Не увлекайтесь и не злоупотребляйте своим испытательным оборудованием. В более тщательном тесте тока сети на тестовом муле автора «Plug and Pray» идентичная схема драйвера только превысила 0.2% искажения, когда сетка 2A3, повышающаяся до +57 В, встречает анод, снижающийся до +57 В, и сильно проводит, ограничивая драйвер.

Суммируя результаты требований, нам понадобится каскад дифференциальных пар, разделенных разделительными конденсаторами, с использованием клапанов из семейства * SN7 / * N7 и запитываемых от источника питания HT с раздельной шиной. Выход дифференциальной пары драйвера будет связан по постоянному току с катодными повторителями, которые будут связаны по постоянному току с сетками выходного каскада (см. Рисунок 6.38).

Рисунок 6.38. Концептуальная схема, показывающая топологию и расположение конденсаторов связи.

(PDF) Дифференциальная активная нагрузка и ее применение в аналоговых схемах КМОП

272 ОПЕРАЦИИ IEEE НА СХЕМАХ И СИСТЕМАХ — II: ОБРАБОТКА АНАЛОГОВЫХ И ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ, ТОМ. 44, НЕТ. 4, АПРЕЛЬ 1997

. Следующее соотношение вход-выход может быть получено

с использованием (5), (6) и квадратичной зависимости напряжения от тока

для насыщенного МОП-транзистора:

(18)

Четырехквадрантный четверть- квадратный умножитель напряжения

может быть легко реализован с использованием двух соответственно управляемых рис.11 квадратов тока

контура. Полная схема такого умножителя

показана на рис. 12. Его работа основана на реализации

следующего общего соотношения:

(19)

Термин «четверть квадрата», используемый для описания множитель,

относится к способу выполнения умножения, то есть

берется четверть разницы двух квадратных членов.

Следовательно, для умножения количеств

и следующих трех операций

необходимо выполнить.Во-первых, их сумма

и

разность

(или сигналы, пропорциональные им) должны быть сгенерированы

. Затем каждый из этих сигналов должен возводиться в квадрат

и, наконец, вычитаться друг из друга. Схема на рис. 12

выполняет эти три операции следующим образом.

1) Дифференциальные пары

и

с р-канальным вырождением источника используются для преобразования приложенных плавающих

входных напряжений

и в токи.

(20)

(21)

где

Транзисторы на входе дифференциальной пары

разделены на пару структур с перекрестной связью

, как показано на рис.12, так что следующие две пары

создаются токи:

(22)

и

(23)

2) С помощью двух схем возведения в квадрат тока на рис.11

дифференциальная составляющая каждой пары возводится в квадрат:

(24)

и

(25)

3) Два результирующих тока

и, наконец,

вычитаются на выходном узле:

(26)

Этот четырехквадрантный множитель был смоделирован с использованием модуля BSIM —

els ( уровень 13) для аналогового процесса MOSIS на орбите 2 м.Остаточные токи

каскадов дифференциальной пары составляли 50

А. Резисторы дегенерации составляли 20 кОм, а резисторы

, используемые в DAL, составляли 5 кОм. Остальные элементы обозначены на схеме как

.

На рис. 13 (а) показаны характеристики умножителя как удвоителя частоты

. Входные сигналы представляют собой пару дифференциальных синусоидальных сигналов

1 кГц, каждая из которых имеет амплитуду 1 В. На рис. 13 (b)

показаны характеристики умножителя как модулятора.Треугольник

волна с частотой 333 Гц и амплитудой 1 В подавалась

на один из входов, а синусоидальная волна 10 кГц

на другой. Смоделированная полоса пропускания схемы составляет от

постоянного тока до 10 МГц.

VI. C

ВКЛЮЧЕНИЕ

Была представлена ​​простая структура, содержащая МОП-транзисторы и резисторы,

, которая реагирует на дифференциальный входной ток как линейный резистор

, одновременно реагируя на синфазный ток как транзистор

с диодным соединением.Показано, что эти свойства

позволяют структуре напрямую управлять парой МОП-транзисторов

, реализуя перестраиваемые схемы усиления по току и возведения тока в квадрат класса AB

. При управлении

структурами на основе дифференциальных пар эти две схемы могут быть использованы

для создания блока, крутизна которого пропорциональна хвостовому току

и четырехквадрантному умножителю напряжения. Моделирование

и результаты измерений для вышеупомянутых структур включены в

.

R

EFERENCES

[1] Г. Дж. Оллбутт и Д. Г. Нэрн, «Настраиваемые конденсаторы для цифровых высокочастотных аналоговых фильтров, совместимых с КМОП

», в Proc. Int. Symp. Circuits

Syst., Июнь 1996 г., стр. 89–92.

[2] К. Булт и Х. Валлинга, «Класс аналоговых КМОП схем на основе

квадратичной характеристики МОП-транзистора при насыщении», IEEE

J. Solid-State Circuits, vol. SC-22, стр. 357–365, июнь 1987 г.

[3] П. Холлис и Дж. Паулос, «Искусственные нейронные сети, использующие MOS аналоговые умножители

», IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 25, pp. 849–855, июнь

1990.

[4] Ф. Крумменахер и Н. Джоэл, «КМОП-фильтр

с непрерывной частотой 4 МГц и встроенной автоматической настройкой», IEEE J. Solid -Государственные схемы, т.

23, стр. 750–757, июнь 1988.

[5] J. Pe

~

na-Finol и J. Connelly, «Четырехквадрантный аналоговый умножитель MOS

с использованием простого возведения в квадрат с двумя входами. схемы с повторителями источника », IEEE

J.Твердотельные схемы, т. SC-22, pp. 1064–1073, Dec. 1987.

[6] В. И. Проданов и М. М. Грин, «Структуры Biquad gm-C, в которых

используют транс- проводники с двойным выходом», in Proc. Midwestern Symp. Circuits

Syst., Август 1995 г., стр. 170–173.

[7] Э. Зевинк и Р. Вассенар, «Универсальная линейная КМОП-преобразователь

/ квадратичная функция», IEEE J. Solid-State

Circuits, vol. SC-22, стр. 366–377, июнь 1987 г.

[8] Дж. Сильва-Мартинес, М. Стейаерт и В. Сансен, «Преобразователь большого сигнала с очень низким уровнем искажений

для высокочастотных фильтров непрерывного времени»,

IEEE J. Solid-State Схемы, т. 26, pp. 946–954, July 1991.

[9] C. Toumazou, F. J. Lidgey, D. G. Haigh, Analogue IC Design: The

Current Mode Approach. Лондон, Англия: Peregrinus, 1991, гл. 2.

[10] П. Ван Петегхем, Х. Фоссати, Г. Райс и С. Ли, «Проектирование входного каскада КМОП линейной КМОП-схемы с очень высокой степенью

для фильтров непрерывного времени»,

IEEE J.Твердотельные схемы, т. 25, pp. 497–501, Apr. 1990.

Активная нагрузка выдерживает высокое напряжение

Стендовые электронные нагрузки обычно рассчитаны на напряжение менее 100 В, что затрудняет тестирование высоковольтных источников питания. Эта дизайнерская идея предлагает альтернативу: недорогую электронную нагрузку, рассчитанную на 500 В или более, в зависимости от выбранных компонентов. По сути, это понижающий преобразователь, вход которого является тестируемым источником питания. В качестве нагрузки на выходе преобразователя используется электрочайник мощностью 1000 Вт, наполненный водой, сопротивление которого R1 составляет около 53 Ом.

Рисунок 1 Электронная нагрузка, рассчитанная на высокое напряжение, с использованием LT1243

В отличие от обычных понижающих преобразователей, входной ток, а не выходное напряжение, воспринимается усилителем ошибки контроллера. Следовательно, это контроллер среднего тока, у которого отсутствует внешний контур обратной связи. Специфично для этой архитектуры, индуктор действует как источник тока, питающий выходное сопротивление R1 || C2. Таким образом, у нас есть однополюсная система, которая упрощает компенсацию.GBW U2 должна быть достаточно высокой, чтобы избежать добавления дополнительных полюсов в усиление контура. Частота переключения составляет 50 кГц, так что потери мощности полевого МОП-транзистора и D1 достаточно низки, и радиатор не требуется.

Падение напряжения на шунте R _sh , которое пропорционально току, протекающему через источник питания, усиливается, инвертируется и отправляется на вход обратной связи регулятора.

Ток, потребляемый от источника питания, регулируется потенциометром P1.

Со значениями компонентов на схеме в соответствии с уравнением:

В _ref = -I _inp · R _sh · R ₄ / (P ₁ + R ₈ ), диапазон тока нагрузки: I _inp = 15 мА… 618 мА

Диоды D2 и D3 защищают вход операционного усилителя от пускового тока, потребляемого C1 при подключении источника питания.

Номер ссылки :

См. Также :

Активная нагрузка

Активная нагрузка или динамическая нагрузка — это компонент схемы, который ведет себя как стабильное нелинейное сопротивление по отношению к току .Этот термин может относиться к конструкции схемы или к особому типу испытательного оборудования.

Схемотехника

В схемотехнике активная нагрузка представляет собой схемный элемент, состоящий из активных устройств , таких как транзисторы, спроектированных так, чтобы иметь высокий импеданс при слабых сигналах, избегая значительного падения напряжения, как если бы были использованы резисторы высокого номинала. Эти большие импедансы переменного тока могут быть желательны, например, для увеличения коэффициента усиления по переменному току некоторых типов усилителей.Обычно активная нагрузка включается в выход токового зеркала ^[1] и в идеале представляет собой источник тока. Обычно это просто резистор постоянного тока , часть источника тока, который включает в себя источник постоянного напряжения (источник напряжения _{В постоянного тока} на рисунках ниже).

Пример общей базы

Рисунок 1: NPN-схема с общей базой и нагрузочным резистором (детали поляризации опущены). Сигнал подается в V _В выходной сигнал, снимаемый с узла V _out , может быть напряжением или током.Рисунок 2: NPN-схема с общей базой (детали смещения опущены). Источник тока I _C представляет активную нагрузку.

На рисунке 1 нагрузка — это сопротивление R _C , а ток через нее определяется законом Ома как:

IC = VCC − VOutRC {\ displaystyle I_ {C} = {\ frac { V_ {CC} -V_ {out}} {R_ {C}}}}.

Как следствие этого отношения, напряжение на резисторе зависит от тока рабочей точки транзистора.Если по какой-либо причине этот ток смещения изменяется, любое увеличение сопротивления нагрузки автоматически вызывает уменьшение напряжения В _{на выходе} , что снижает напряжение В _CB между коллектором и базой, ограничивая размах сигнала. на выходе усилителя. (Если выходное отклонение превышает В _CB , транзистор прекращает работу в активной области в течение части цикла сигнала).

Напротив, при использовании активной нагрузки на Рисунке 2 полное сопротивление идеального источника тока по переменному току бесконечно независимо от падения напряжения В _{постоянного тока} — В _из , что позволяет увеличить значение В _{CB будет использоваться} и, следовательно, большая экскурсия.

Дифференциальные усилители

Активные нагрузки часто используются во входном каскаде операционного усилителя для значительного увеличения усиления.

Практические ограничения

На практике идеальный источник тока заменяется токовым зеркалом, которое менее идеально по двум причинам. С одной стороны, его сопротивление переменному току велико, но не бесконечно. С другой стороны, зеркало требует небольшого напряжения, чтобы оставаться в рабочем состоянии (чтобы выходные транзисторы зеркала оставались в активной области).В результате источник тока ограничивает максимальное отклонение напряжения, но это ограничение намного меньше, чем то, что может наложить сопротивление, а также не зависит от выбора рабочей точки транзистора, что обеспечивает большую гибкость при проектировании схемы с по поводу использования резисторов.

Испытательное оборудование

В области электронного измерительного оборудования активная нагрузка используется для автоматического тестирования источников питания и других источников электроэнергии, чтобы гарантировать, что их выходное напряжение и ток находятся в пределах их технических характеристик в широком диапазоне.диапазон условий нагрузки, от нулевой до максимальной.

Активный тип нагрузки может использовать набор резисторов разных номиналов и требует ручного вмешательства. Напротив, активная нагрузка представляет источнику сопротивление, которое можно изменять с помощью электронного управления, либо с помощью регулировки аналогового типа, такой как многооборотный потенциометр, либо, при автоматических настройках, с помощью компьютера. Сопротивление нагрузки можно быстро изменить, чтобы определить импульсную характеристику источника.

Подобно резистору, активная нагрузка преобразует электрическую энергию источника в тепло.Следовательно, элементы, которые рассеивают тепло (обычно транзисторы) в активной нагрузке, должны быть спроектированы так, чтобы выдерживать повышение температуры, часто этот процесс улучшается путем включения радиатора.

Для дополнительного удобства живые нагрузки часто включают цепи, которые измеряют ток и напряжение на входе и могут отображать эти значения на цифровых считывающих устройствах.

внешние ссылки

Ссылки

1. ↑ Ричард К. Джегер, Трэвис Н. Блэлок (2004). Проектирование микроэлектронных схем . Нью-Йорк: McGraw-Hill Professional. ISBN 0-07-250503-6 .

Активный / Пассивный против Активного / Активного | Канада

Благодаря круглосуточной доступности Интернета предприятиям необходимы сети, обеспечивающие высокую доступность (H / A). Два самых популярных метода, используемых сегодня сетевыми администраторами для достижения этой цели, — это использование кластеризации для отработки отказа (активный / пассивный режим) и балансировка нагрузки.

Альтернативно, активный / активный режим используется для обеспечения репликации базы данных или сеанса и для поддержки избыточности.Балансировщики нагрузки могут быть размещены в сети для направления запросов к серверу в соответствии с производительностью сервера и выбранным методом распределения трафика, например, циклическим перебором. В некоторых случаях сетевые менеджеры предпочитают размещать балансировщики нагрузки вне кластера, чтобы обеспечить повышенную горизонтальную масштабируемость.

По мере того, как количество коммерческих предприятий через Интернет увеличивается, становится еще более важным кластеризовать серверы и в то же время развертывать балансировщики нагрузки, чтобы воспользоваться присущей им отказоустойчивостью, которую они предлагают.Прежде всего, рекомендуется проанализировать критически важные службы, которые есть в вашей сети. Сюда могут входить:

• серверы баз данных
• услуги электронной коммерции
• почтовая система

Активно-пассивная конфигурация и преимущества

Затем вам следует обратить внимание на балансировщики нагрузки. Конфигурация «активный / пассивный» предоставит вам множество преимуществ, поэтому подумайте о покупке пары балансировщиков нагрузки и настройке их в режиме H / A.Когда это будет сделано, основной балансировщик нагрузки распределяет сетевой трафик на наиболее подходящий сервер, в то время как второй балансировщик нагрузки работает в режиме прослушивания, чтобы постоянно контролировать производительность основного балансировщика нагрузки и готов в любой момент вмешаться и взять на себя управление. обязанности балансировки нагрузки в случае отказа основного балансировщика нагрузки.

Используя балансировщики нагрузки в активном / пассивном режиме, вы можете поддерживать бесперебойное обслуживание ваших клиентов. Еще одно преимущество этой конфигурации — это способность справляться с плановыми или незапланированными перебоями в обслуживании.Поскольку сегодня компаниям требуется круглосуточное интернет-обслуживание для клиентов или сотрудников, любые перебои в работе обходятся бизнесу дорого с точки зрения потери дохода, а также ущерба для имиджа компании.

Активная / активная конфигурация и преимущества

В режиме «активный / активный» два или более сервера объединяют нагрузку сетевого трафика и, работая в команде, распределяют ее по сетевым серверам. Балансировщики нагрузки также могут запоминать информационные запросы от пользователей и хранить эту информацию в кеше.Если они вернутся в поисках той же информации, пользователь будет заблокирован на балансировщике нагрузки, который ранее их обслуживал. Информация снова предоставляется из кэша без необходимости ответа сетевого сервера. Этот процесс снижает нагрузку на сетевой трафик.

Одним из потенциальных недостатков настройки балансировщиков нагрузки в активном / активном режиме является то, что вы используете их почти на полную мощность. Это будет означать, что если у вас нет запасного балансировщика нагрузки для ввода в эксплуатацию и ввода в эксплуатацию в сети, в случае сбоя балансировщика нагрузки ваши сетевые серверы будут работать медленно или пользовательские сеансы будут отключены.

, пригодный для полета

Точно так же, как самолет можно переключить на автопилот, ваша сеть — с ее кластерами серверов и балансировщиками сетевой нагрузки — «пригодна для полета». Однако, поскольку вы, вероятно, никогда не рассматриваете возможность быть пассажиром в самолете без экипажа , роль сетевого администратора также имеет жизненно важное значение. Вашему сетевому администратору необходимо постоянно иметь полное представление о состоянии сети, производительности приложений и пропускной способности балансировщика нагрузки. Ведущие балансировщики нагрузки предоставляют расширенную статистику, удобно отображаемую на простой для понимания панели инструментов.Сетевой администратор может детально изучить потенциальную или фактическую проблему и решить, какую тактику исправить.

Важной особенностью Kemp LoadMasters является то, что при настройке в активном / пассивном режиме H / A у вас есть возможность использовать аварийное переключение с отслеживанием состояния, чтобы гарантировать минимальное прерывание обслуживания. Пассивный балансировщик нагрузки постоянно отслеживает пользовательские сеансы, а также производительность активного устройства. Если основное устройство выходит из строя, включается пассивный резервный балансировщик нагрузки, забирая сеансы из активного балансировщика нагрузки и непрерывно продолжая обслуживать пользователей.Хотя дорогие балансировщики нагрузки, такие как F5 и Radware, предоставляют такую ​​поддержку, она не часто встречается в более экономичных версиях. Однако LoadMasters от Kemp предлагают эту функцию как для виртуальных, так и для физических балансировщиков нагрузки.