Мощность нагрузки формула: Страница не найдена — ELQUANTA.RU

Содержание

Формула мощности тока. Фактическая и номинальная мощность

Активная мощность (P)

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

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

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

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

Формулы для активной мощности

P = U I — в цепях постоянного тока

P = U I cosθ — в однофазных цепях переменного тока

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

P = 3 U Ph I Ph cosθ

P = √ (S 2 – Q 2) или

P =√ (ВА 2 – вар 2) или

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

кВт = √ (кВА 2 – квар 2)

Реактивная мощность (Q)

Также её мощно было бы назвать бесполезной или безваттной мощностью.

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

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

Реактивная мощность определяется, как

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

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

Формулы для реактивной мощности

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

вар =√ (ВА 2 – P 2)

квар = √ (кВА 2 – кВт 2)

Полная мощность (S)

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

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

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

Формула для полной мощности

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

kUA = √(kW 2 + kUAR 2)

Следует заметить, что:

  • резистор потребляет активную мощность и отдаёт её в форме тепла и света.
  • индуктивность потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме магнитного поля.
  • конденсатор потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме электрического поля.2/r.

    Единицу измерения мощности получим, подставив в формулу единицы измерения напряжения и тока:

    [P]=1 B∙1 A=1 BA.

    Единица измерения электрической мощности, равная 1 ВА, называется ватом (Вт). Название вольт-ампер (ВА) используется в технике переменного тока, но только для измерения полной и реактивной мощности.

    Единицы измерения электрической и механической мощности связаны следующими соотношениями:

    1 Вт =1/9,81 кГ м/сек ≈1/10 кГ м/сек;

    1 кГ м/сек =9,81 Вт ≈10 Вт;

    1 л.с. =75 кГ м/сек =736 Вт;

    1 кВт =102 кГ м/сек =1,36 л.с.

    Если не учитывать неизбежных потерь энергии, то двигатель мощностью 1 кВт может перекачивать каждую секунду 102 л воды на высоту 1 м или 10,2 л воды на высоту 10 м.

    Электрическая мощность .

    Примеры

    1. Нагревательный элемент электрической печи на мощность 500 Вт и напряжение 220 В выполнен из проволоки высокого сопротивления. Рассчитать сопротивление элемента и ток, который через него проходит (рис.2/10000=48400/10000=4,84 Ом; I=P/U=10000/220=45,45 А.

    Рис. 6.

    7. Каково напряжение U на зажимах генератора, если при токе 110 А его мощность равна 12 кВт (рис. 7)?

    Так как P=U∙I, то U=P/I=12000/110=109 В.

    Рис. 7.

    8. На схеме на рис. 8 показана работа электромагнитной токовой защиты. При определенном токе электромагнит ЭМ, который удерживается пружиной П, притянет якорь, разомкнет контакт К и разорвет цепь тока. В нашем примере токовая защита разрывает токовую цепь при токе I≥2 А. Сколько ламп по 25 Вт может быть одновременно включено при напряжении сети U=220 В, чтобы ограничитель не сработал?

    Рис. 8.

    Защита срабатывает при I=2 А, т. е. при мощности P=U∙I=220∙2=440 Вт.

    Разделив общую мощность одной лампы, получим: 440/25=17,6.

    Одновременно могут гореть 17 ламп.

    9. Электрическая печь имеет три нагревательных элемента на мощность 500 Вт и напряжение 220 В, соединенных параллельно.2/P=48400/75=645,3 Ом.

    Ток I=P/U=75/220=0,34 А.

    11. Плотина имеет перепад уровней воды h=4 м. Каждую секунду через трубопровод на турбину попадает 51 л воды. Какая механическая мощность превращается в генераторе в электрическую, если не учитывать потерь (рис. 11)?

    Рис. 11.

    Механическая мощность Pм=Q∙h=51 кГ/сек ∙4 м =204 кГ м/сек.

    Отсюда электрическая мощность Pэ=Pм:102=204:102=2 кВт.

    12. Какую мощность должен иметь двигатель насоса, перекачивающего каждую секунду 25,5 л воды с глубины 5 м в резервуар, расположенный на высоте З м? Потери не учитываются (рис. 12).

    Рис. 12.

    Общая высота подъема воды h=5+3=8 м.

    Механическая мощность двигателя Pм=Q∙h=25,5∙8=204 кГ м/сек.

    Электрическая мощность Pэ=Pм:102=204:102=2 кВт.

    13. получает из водохранилища на одну турбину каждую секунду 4 м3 воды. Разница между уровнями воды в водохранилище и турбине h=20 м. Определить мощность одной турбины без учета потерь (рис.2/40=1210 Ом.

    Сопротивление холодной нити (при 20 °С) определим по формуле rt=r∙(1+α∙∆t),

    откуда r=rt/(1+α∙∆t)=1210/(1+0,004∙(2500-20))=1210/10,92=118 Ом.

    Через нить лампы в горячем состоянии проходит ток I=P/U=40/220=0,18 А.

    Ток при включении равен: I=U/r=220/118=1,86 А.

    При включении ток примерно в 10 раз больше, чем ток горячей лампы.

    17. Каковы потери напряжения и мощности в медном контактном проводе электрифицированной железной дороги (рис. 16)?

    Рис. 16.

    Провод имеет сечение 95 мм2. Двигатель электропоезда потребляет ток 300 А на расстоянии 1,5 км от источника тока.

    Потеря (падение) напряжения в линии между точками 1 и 2 Uп=I∙rп.

    Сопротивление контактного провода rп=(ρ∙l)/S=0,0178∙1500/95=0,281 Ом.

    Падение напряжения в контактном проводе Uп=300∙0,281=84,3 В.

    Напряжение Uд на зажимах двигателя Д будет на 84,3 В меньше, чем напряжение U на зажимах источника Г.

    Падение напряжения в контактном проводе во время движения электропоезда меняется. Чем дальше электропоезд удаляется от источника тока, тем длиннее линия, а значит, больше ее сопротивление и падение напряжения в ней. Ток по рельсам возвращается к заземленному источнику Г. Сопротивление рельсов и земли практически равно нулю.

    Мощность электрического тока – скорость выполняемой цепью работы. Простое определение, морока с пониманием. Мощность подразделяется на активную, реактивную. И начинается…

    Работа электрического тока, мощность

    При движении заряда по проводнику поле выполняет над ним работу. Величина характеризуется напряжением, в отличие от напряженности в свободном пространстве. Заряды двигаются в сторону убывания потенциалов, для поддержания процесса требуется источник энергии. Напряжение численно равно работе поля при перемещении на участке единичного заряда (1 Кл). В ходе взаимодействий электрическая энергия переходит в другие виды. Поэтому необходим ввод универсальной единицы, физической свободно конвертируемой валюты. В организме мерой выступает АТФ, электричестве — работа поля.

    Электрическая дуга

    На схеме момент превращения энергии отображается в виде источников ЭДС. Если у генераторов направлены в одну сторону, у потребителя – обязательно в другую. Наглядным фактом отражается процесс расхода мощности, отбора у источников энергии. ЭДС несет обратный знак, часто называется противо-ЭДС. Избегайте путать понятие с явлением, возникающим в индуктивностях при выключении питания. Противо-ЭДС означает переход электрической энергии в химическую, механическую, световую.

    Потребитель хочет выполнить работу за некоторую единицу времени. Очевидно, газонокосильщик не намерен ждать зимы, надеется управиться к обеду. Мощность источника должна обеспечить заданную скорость выполнения. Работу осуществляет электрический ток, следовательно, понятие также относится. Мощность бывает активной, реактивной, полезной и мощностью потерь. Участки, обозначаемые физическими схемами сопротивлениями, на практике вредны, являются издержками. На резисторах проводников выделяется тепло, эффект Джоуля-Ленца ведет к лишнему расходу мощности. Исключением назовем нагревательные приборы, где явление желательно.

    Полезная работа на физических схемах обозначается противо-ЭДС (обычный источник с обратным генератору направлением). Для мощности имеется несколько аналитических выражений. Иногда удобно использовать одно, в других случаях – иное (см. рис.):

    Выражения мощности тока

    1. Мощность – скорость выполнения работы.
    2. Мощность равна произведению напряжения на ток.
    3. Мощность, затрачиваемая на тепловое действие, равна произведению сопротивления на квадрат тока.
    4. Мощность, затрачиваемая на тепловое действие, равна отношению квадрата напряжения к сопротивлению.

    Запасшемуся токовыми клещами проще использовать вторую формулу. Вне зависимости от характера нагрузки посчитаем мощность. Только активную. Мощность определена многими факторами, включая температуру. Под номинальным для прибора значением понимаем, развиваемое в установившемся режиме. Для нагревателей следует применять третью, четвертую формулу. Мощность зависит целиком и полностью от параметров питающей сети. Предназначенные для работы со 110 вольт переменного тока в европейских условиях быстро сгорят.

    Трехфазные цепи

    Новичкам трехфазные цепи представляются сложными, на деле это более элегантное техническое решение. Даже электричество домом поставляют тремя линиями. Внутри подъезда делят по квартирам. Больше смущает то, что некоторые приборы на три фазы лишены заземления, нулевого провода. Схемы с изолированной нейтралью. Нулевой провод не нужен, ток возвращается источнику по фазным линиям. Разумеется, нагрузка здесь на каждую жилу повышенная. Требования ПУЭ отдельно оговаривают род сети. Для трехфазных схем вводятся следующие понятия, о которых нужно иметь представление, чтобы правильно посчитать мощность:

    Трехфазная цепь с изолированной нейтралью

    • Фазным напряжением, током называют, соответственно, разницу потенциалов и скорость передвижения заряда меж фазой и нейтралью. Понятно, в оговоренном выше случае с полной изоляцией формулы будут недействительны. Поскольку нейтрали нет.
    • Линейным напряжением, током называют, соответственно, разницу потенциалов или скорость перемещения заряда меж любыми двумя фазами. Номера понятны из контекста. Когда говорят о сетях 400 вольт, подразумевают три провода, разница потенциалов с нейтралью равна 230 вольт. Линейное напряжение выше фазного.

    Меж напряжением и током существует сдвиг фаз. О чем умалчивает школьная физика. Фазы совпадают, если нагрузка 100% активная (простые резисторы). Иначе появляется сдвиг. В индуктивности ток отстает от напряжения на 90 градусов, в емкости — опережает. Простая истина легко запоминается следующим образом (плавно подходим к реактивной мощности). Мнимая часть сопротивления индуктивности составляет jωL, где ω – круговая частота, равная обычной (в Гц), помноженной на 2 числа Пи; j – оператор, обозначающий направление вектора. Теперь пишем закон Ома: U = I R = I jωL.

    Из равенства видно: напряжение нужно отложить вверх на 90 градусов при построении диаграммы, ток останется на оси абсцисс (горизонтальная ось Х). Вращение по правилам радиотехники происходит против часовой стрелки. Теперь очевиден факт: ток отстает на 90 градусов. По аналогии проведем сравнение для конденсатора. Сопротивление переменному току в мнимой форме выглядит так: -j/ωL, знак указывает: откладывать напряжение нужно будет вниз, перпендикулярно оси абсцисс. Следовательно, ток опережает по фазе на 90 градусов.

    В реальности параллельно с мнимой частью присутствует действительная – называют активным сопротивлением. Проволока катушки представлена резистором, будучи свитой, приобретает индуктивные свойства. Поэтому реальный угол фаз будет не 90 градусов, немного меньше.

    А теперь можно переходить к формулам мощности тока трехфазных цепей. Здесь линия формирует сдвиг фаз. Меж напряжением и током, и относительно другой линии. Согласитесь, без заботливо изложенных авторами знания факт нельзя осознать. Меж линиями промышленной трехфазной сети сдвиг 120 градусов (полный оборот – 360 градусов). Обеспечит равномерность вращения поля в двигателях, для рядовых потребителей безразличен. Так удобнее генераторам ГЭС – нагрузка сбалансированная. Сдвиг идет меж линиями, в каждой ток опережает напряжение или отстает:

    1. Если линия симметричная, сдвиги меж любыми фазами по току составляют 120 градусов, формула получается предельно простой. Но! Если нагрузка симметрична. Посмотрим изображение: фаза ф не 120 градусов, характеризует сдвиг меж напряжением и током каждой линии. Предполагается, включили двигатель с тремя равноценными обмотками, получается такой результат. Если нагрузка несимметрична, потрудитесь провести вычисления для каждой линии отдельно, затем сложить результаты воедино для получения общей мощности тока.
    2. Вторая группа формул приведена для трехфазных цепей с изолированной нейтралью. Предполагается, ток одной линии утекает по другой. Нейтраль отсутствует за ненадобностью. Поэтому напряжения берутся не фазные (не от чего отсчитывать), как предыдущей формулой, а линейные. Соответственно, цифры показывают, какой параметр следует взять. Повремените пугаться греческих букв – фазы меж двумя перемножаемыми параметрами. Цифры меняются местами (1,2 или 2,1), чтобы правильно учесть знак.
    3. В асимметричной цепи вновь появляются фазные напряжение, ток. Здесь расчет ведется отдельно для каждой линии. Никаких вариантов нет.

    На практике измерить мощность тока

    Намекнули, можно воспользоваться токовыми клещами. Прибор позволит определить крейсерские параметры дрели. Разгон можно засечь только при многократных опытах, процесс чрезвычайно быстрый, частота смены индикации не выше 3-х раз в секунду. Токовые клещи демонстрируют погрешность. Практика показывает: достичь погрешности, указанной в паспорте, сложно.

    Чаще для оценки мощности используют счетчики (для выплат компаниям-поставщикам), ваттметры (для личных и рабочих целей). Стрелочный прибор содержит пару неподвижных катушек, по которым течет ток цепи, подвижную рамку, для заведения напряжения путем параллельного включения нагрузки. Конструкция рассчитана сразу реализовать формулу полной мощности (см. рис.). Ток умножается на напряжение и некий коэффициент, учитывающий градуировку шкалы, также на косинус сдвига фаз между параметрами. Как говорили выше, сдвиг умещается в пределах 90 — минус 90 градусов, следовательно, косинус положителен, крутящий момент стрелки направлен в одну сторону.

    Отсутствует возможность сказать индуктивная ли нагрузка или емкостная. Зато при неправильном включении в цепь показания будут отрицательными (завал набок). Произойдет аналогичное событие, если потребитель вдруг станет отдавать мощность обратно нагрузке (бывает такое). В современных приборах происходит нечто подобное же, вычисления ведет электронный модуль, интегрирующий расход энергии, либо считывающий показания мощности. Вместо стрелки присутствует электронный индикатор и множество других полезных опций.

    Особые проблемы вызывают измерения в асимметричных цепях с изолированной нейтралью, где нельзя прямо складывать мощности каждой линии. Ваттметры делятся принципом действия:

    1. Электродинамические. Описаны разделом. Состоят из одной подвижной, двух неподвижных катушек.
    2. Ферродинамические. Напоминает двигатель с расщепленным полюсом (shaded-pole motor).
    3. С квадратором. Используется амплитудно-частотная характеристика нелинейного элемента (например, диода), напоминающая параболу, для возведения электрической величины в квадрат (используется в вычислениях).
    4. С датчиком Холла. Если индукцию сделать при помощи катушки пропорциональной напряжению магнитного поля в сенсоре, подать ток, ЭДС будет результатом умножения двух величин. Искомая величина.
    5. Компараторы. Постепенно повышает опорный сигнал, пока не будет достигнуто равенство. Цифровые приборы достигают высокой точности.

    В цепях с сильным сдвигом фаз для оценки потерь применяется синусный ваттметр. Конструкция схожа с рассмотренной, пространственное положение таково, что вычисляется реактивная мощность (см. рис.). В этом случае произведение тока и напряжения домножим на синус угла сдвига фаз. Реактивную мощность измерим обычным (активным) ваттметром. Имеется несколько методик. Например, в трехфазной симметричной цепи нужно последовательную обмотку включить в одну линию, параллельную – в две другие. Затем производятся вычисления: показания прибора умножаются на корень из трех (с учетом, что на индикаторе произведение тока, напряжения и синуса угла между ними).

    Для трехфазной цепи с простой асимметрией задача усложняется. На рисунке показана методика двух ваттметров (ферродинамических или электродинамических). Начала обмоток указаны звездочками. Ток проходит через последовательные, напряжение с двух фаз подается на параллельную (одно через резистор). Алгебраическая сумма показаний обоих ваттметров складывается, умножается на корень из трех для получения значения реактивной мощности.

    Прохождение электрического тока через любую проводящую среду объясняется наличием в ней некоторого количества носителей заряда: электронов – для металлов, ионов – в жидкостях и газах. Как найти её величину, определяет физика силы тока.

    В спокойном состоянии носители движутся хаотично, но при воздействии на них электрического поля движение становится упорядоченным, определяемым ориентацией этого поля – возникает сила тока в проводнике. Количество носителей, участвующих в переносе заряда, определяется физической величиной – силой тока.

    От концентрации и заряда частиц-носителей, или количества электричества, напрямую зависит сила тока, проходящего через проводник. Если принять во внимание время, в течение которого это происходит, тогда узнать, что такое сила тока, и как она зависит от заряда, можно, используя соотношение:

    Входящие в формулу величины:

    • I – сила электрического тока, единицей измерения является ампер, входит в семь основных единиц системы Си. Понятие «электрический ток» ввёл Андре Ампер, единица названа в честь этого французского физика. В настоящее время определяется как ток, вызывающий силу взаимодействия 2×10-7 ньютона между двумя параллельными проводниками, при расстоянии 1 метр между ними;
    • Величина электрического заряда, применённая здесь для характеристики силы тока, является производной единицей, измеряется в кулонах. Один кулон – это заряд, проходящий через проводник за 1 секунду при токе 1 ампер;
    • Время в секундах.

    Сила тока через заряд может вычисляться с применением данных о скорости и концентрации частиц, угла их движения, площади проводника:

    I = (qnv)cosαS.

    Также используется интегрирование по площади поверхности и сечению проводника.

    Определение силы тока с использованием величины заряда применяется в специальных областях физических исследований, в обычной практике не используется.

    Связь между электрическими величинами устанавливается законом Ома, который указывает на соответствие силы тока напряжению и сопротивлению:

    Сила электрического тока здесь как отношение напряжения в электрической цепи к её сопротивлению, эти формулы используются во всех областях электротехники и электроники. Они верны для постоянного тока с резистивной нагрузкой.

    В случае косвенного расчета для переменного тока следует учитывать, что измеряется и указывается среднеквадратичное (действующее) значение переменного напряжения, которое меньше амплитудного в 1,41 раза, следовательно, максимальная сила тока в цепи будет больше во столько же раз.

    При индуктивном или емкостном характере нагрузки вычисляется комплексное сопротивление для определённых частот – найти силу тока для такого рода нагрузок, используя значение активного сопротивления постоянному току, невозможно.

    Так, сопротивление конденсатора постоянному току практически бесконечно, а для переменного:

    Здесь RC – сопротивление того же конденсатора ёмкостью С, на частоте F, которое во многом зависит от его свойств, сопротивления разных типов ёмкостей для одной частоты значительно различаются. В таких цепях сила тока по формуле, как правило, не определяется – используются различные измерительные приборы.

    Для нахождения значения силы тока при известных значениях мощности и напряжения, применяются элементарные преобразования закона Ома:

    Тут сила тока – в амперах, сопротивление – в омах, мощность – в вольт-амперах.

    Электрический ток имеет свойство разделяться по разным участкам цепи. Если их сопротивления различны, то и сила тока будет разной на любом из них, так находим общий ток цепи.

    Электрическая энергия является наиболее распространенным видом энергии и по праву может считаться основой современной цивилизации. Она нашла широкое применение в быту и во всех отраслях народного хозяйства. Трудно перечислить все наименования электробытовых приборов: холодильники, стиральные машины, кондиционеры, вентиляторы, телевизоры, магнитофоны, осветительные приборы и т.д. Нельзя представить промышленность без электрической энергии. В сельском хозяйстве применение электричества непрерывно расширяется: кормление и поение животных, уход за ними, отопление и вентиляция, инкубаторы, калориферы, сушилки и т.д.

    Электрический ток и его мощность

    Современная наука еще не может до конца объяснить природу электричества. Нам, впрочем, вполне достаточно представления о том, что электрический ток — это направленное движение электронов в проводнике. И что этот самый ток может совершать работу, например, вращать электродвигатель, нагревать электроплитку, давать свет. Эта работа является следствием того, что под действием электрического поля происходит перенос, перемещение электронов в проводнике, что тоже означает совершение некоторой работы.

    Как вы помните, электрический ток характеризуется двумя основными параметрами: напряжением и силой тока.

    Напряжение есть разность потенциалов между двумя полюсами источника тока при замкнутой электрической цепи.

    Сила тока — это количество электричества, проходящего через поперечное сечение цепи в течение одной секунды.

    Легко заметить, что оба термина «напряжение» и «сила тока» не являются первичными, они определяются через другие понятия, в данном случае — «потенциал» и «количество электричества». Но мы снова не будем углубляться в физические теории, ограничившись приведенными определениями, приняв их за первичные. В конце концов, нам важно только научиться применять эти понятия на практике.

    Вы, конечно, знаете еще со школы, напряжение принято обозначать буквой U и единицей измерения напряжения является вольт (В). Сила тока измеряется в амперах (А) и обозначается латинской буквой I.

    Как уже было сказано в предыдущей статье , способность производить работу характеризуется величиной, которая называется энергией. А отношение работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени называется мощностью. Поскольку ток тоже может совершать работу, понятие мощности применимо и в этом случае.

    Мощность постоянного электрического тока обозначается буквой P и вычисляется по формуле P=U*I, то есть является произведением напряжения на силу тока. То есть чем больше напряжение и сила тока, тем больше совершается работы в единицу времени, то есть больше мощность электрического тока. Мы не будем заниматься выяснением того, почему это именно так, примем это утверждение на веру (оно обосновано в физике и вы можете при желании найти это обоснование).

    Единицей электрической мощности является ватт (Вт).

    Один ватт — это мощность, которую развивает электрический ток величиной в один ампер при напряжении в один вольт.

    Более крупными единицами мощности являются:

    • 1 киловатт (кВт) = 1000 Вт.
    • 1 мега ватт (МВт) = 1000 кВт.

    Более мелкие единицы:

    • 1 милливатт (мвт) = 10 -3 Вт;
    • 1 микроватт (мквт) = 10 -6 Вт.

    Мощность будет нам встречаться при оценке солнечных батарей, ветро-генераторов и других устройств, способных производить электрический ток.

    Электрическая цепь

    Электрическая цепь — совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий сила тока и напряжение.

    Электрические цепи подразделяют на линейные и нелинейные. Линейные цепи — это такие, которые состоят только из линейных элементов — проводников, сопротивлений, конденсаторов, катушек индуктивности без ферромагнитных сердечников. У линейных элементов электрическое сопротивление постоянно и ток находится в прямо пропорциональной зависимости по отношению к напряжению, что выражается известным законом Ома:

    Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи,

    Это соотношение выражает закон Ома для однородного участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника. Величину R принято называть электрическим сопротивлением. В СИ единицей электрического сопротивления проводников служит ом (Ом). Сопротивлением в 1 Ом обладает такой участок цепи, в котором при напряжении 1 В возникает ток силой 1 А. Проводники, подчиняющиеся закону Ома, называются линейными.

    Следует отметить, что существует много материалов и устройств, не подчиняющихся закону Ома, например, полупроводниковый диод или газоразрядная лампа. Даже у металлических проводников при достаточно больших токах наблюдается отклонение от линейного закона Ома, так как электрическое сопротивление металлических проводников растет с ростом температуры. То есть большинство реальных электрических цепей являются нелинейными.

    Нелинейные цепи содержат элементы, электрическое сопротивление которых существенно зависит от тока или напряжения, в результате чего ток не находится в прямо пропорциональной зависимости по отношению к напряжению. Зависимость тока от напряжения в нелинейных цепях выражается так называемой вольт-амперной характеристикой, получаемой экспериментально и изображаемой некоторым графиком в системе координат «ток-напряжение».

    Нелинейные элементы (усилители, генераторы и т.п.) придают электрическим цепям свойства, недостижимые в линейных цепях (стабилизация напряжения или тока, усиление постоянного тока и др.).

    Мощность переменного тока

    Закон Ома в той форме, как он был сформулирован ваше (I=U/R), справедлив только для цепей постоянного тока. Следовательно и формула мощности тока P=I*U, тоже действует только для цепей постоянного тока. На практике наибольшее значение имеет расчёт мощности в цепях переменного синусоидального напряжения и тока.

    Мощность в цепи переменного тока выражается комплексным числом вида P+i*Q. При этом его действительная часть называется активной мощностью, мнимая часть реактивной мощностью.

    Активная мощность характеризует скорость необратимого превращения электрической энергии в другие виды энергии (тепловую и электромагнитную). Реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи синусоидального переменного тока

    Единицей измерения активной мощности является по прежнему ватт, а единицей измерения реактивной мощности — вольт-ампер реактивный (VAr, ВАр, вар).

    Но практическое значение имеет полная мощность, как величина, описывающая нагрузки, фактически налагаемые потребителем на элементы подводящей электросети (провода, кабели, распределительные щиты, трансформаторы, линии электропередачи), так как эти нагрузки зависят от потребляемого тока, а не от фактически использованной потребителем энергии.

    Полная мощность — величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока I в цепи и напряжения U на её зажимах: S=U*I; связана с активной и реактивной мощностями соотношением: S = sqrt , где P — активная мощность, Q — реактивная мощность, sqrt — символ квадратного корня.

    Единица полной электрической мощности — вольт-ампер (V·A, В·А).

    Рекомендуем также

    определение расчетной нагрузки

    табл.1. Показатели электрических нагрузок электроприемников

    Электроприемники

    Ки

    Кс

    cosφ

    tgφ

    Металлорежущие станки мелкосерийного производства: мелкие токарные, строгальные, долбежные, фрезерные, сверлильные,
    карусельные, точильные и т.п.

    0,12

    0,14

    0,4

    2,35

    То же, но крупносерийного производства

    0,16

    0,2

    0,5

    1,73

    Штамповочные прессы, автоматы, револьверные, обдирочные, зубофрезерные, а также крупные токарные, строгальные фрезерные,
    карусельные и расточные станки

    0,17

    0,25

    0,65

    1,15

    Приводы молотов, ковочных машин, волочильных станов, бегунов, очистных барабанов

    0,2

    0,35

    0,65

    1,15

    Многоподшипниковые автоматы для изготовления деталей из прутков

    0,2

    0,23

    0,5

    1,73

    Автоматические поточные линии обработки металлов

    0,5..0,6

    0,5..0,6

    0,7

    1,0

    Переносной электроинструмент

    0,06

    0,1

    0,5

    1,73

    Насосы, компрессоры, двигатель-генераторы

    0,7

    0,75

    0,8

    0,73

    Эксгаустеры, вентиляторы

    0,65

    0,7

    0,8

    0,73

    Элеваторы, транспортеры, шнеки, конвейеры несблокированные

    0,4

    0,5

    0,75

    0,86

    То же, сблокированные

    0,55

    0,65

    0,75

    0,86

    Краны, тельферы при ПВ = 25%

    0,05

    0,1

    0,5

    1,73

    То же при ПВ = 40%

    0,1

    0,2

    0,5

    1,73

    Сварочные трансформаторы дуговой сварки

    0,3

    0,35

    0,35

    2,58

    Сварочные машины шовные

    0,25

    0,35

    0,7

    1,0

    То же стыковые и точечные

    0,35

    0,6

    0,6

    1,32

    Сварочные автоматы

    0,35

    0,5

    0,5

    1,73

    Однопостовые сварочные двигатель-генераторы

    0,3

    0,35

    0,6

    1,32

    Многопостовые сварочные двигатель-генераторы

    0,5

    0,7

    0,7

    1,0

    Печи сопротивления с непрерывной автоматической загрузкой изделий, сушильные шкафы

    0,7

    0,8

    0,95

    0,33

    То же, с периодической загрузкой

    0,5

    0,6

    0,85

    0,62

    Мелкие нагревательные приборы

    0,6

    0,7

    1,0

    1,0

    Индукционные печи низкой частоты

    0,7

    0,8

    0,35

    2,58

    Двигатель-генераторы индукционных печей высокой частоты

    0,7

    0,8

    0,8

    0,75

    Ламповые генераторы индукционных печей

    0,7

    0,8

    0,65

    1,15

    Как рассчитать необходимую мощность электрического щита

    Зачем это нужно?

    Расчёт мощности щитка необходимо выполнить для:

    • оптимального распределения нагрузки в существующих однофазных сетях с учётом сечения кабеля;
    • равномерного распределения нагрузки по фазам в трехфазной сети;
    • обнаружения «узких мест» сети для последующей модернизации;
    • подбора кабеля нужного диаметра для прокладки новой проводки; 
    • подбора защитного оборудования;
    • определения уровня затрат на электроэнергию.

    Как видно из перечня, расчёт мощности является основополагающим при построении электросети и сборке электрощита.  

    Теоретическая основа расчётов

    Номинальная мощность электроприборов обычно указывается на шильдике на приборе или же в паспорте к нему. Если же мощность не указана, но есть показатель тока, то для расчёта применяется следующая формула:

    P=I∙U, Вт

    где I – сила тока, А 

    U – напряжение в сети, В

    Для определения суммарной мощности группы потребителей на одной линии применяется следующая формула:

    Ррасчс123+…+Рn), Вт

    Где с — коэффициент спроса,

    Р1, Р2, Р3, Рn— номинальные мощности отдельных приборов, Вт

    Коэффициент спроса указывает на возможность одновременного включения всех приборов линии. При одновременном включении всех устройств Кс=1. На практике это происходит редко, поэтому для жилых помещений коэффициент спроса принят на уровне 0,8 для 2х потребителей, 0,75 для 3х и 0,7 – 5 и более. 

    Также при расчётах мощности нужно учитывать соотношение реактивной и активной составляющих сопротивления нагрузки (cos φ, Вт / ВА). 

    Поэтому формула полной расчетной мощности будет выглядеть так:

    Spрасч / cos φ , ВА

    Где cos φ — коэффициент мощности. 

    При расчёте мощности для жилого помещения этот коэффициент принимают равным 0,95 – 0,98. Если же планируется подключение приборов с большим индуктивным сопротивлением (например, компрессор, насос, электродрель, перфоратор), то в расчет нужно закладывать cos φ равный 0,8.

    Именно этот показатель нужно использовать при построении сети, распределении нагрузки на фазы. Также на основании полученных данных производится вычисление расчётной величины силы тока:

    Iрасч=SР / U, А

    На основании этого показателя происходит подбор сечения кабеля для проводки, а также защитной автоматики для установки в щиток.

    Пример расчёта мощности электрощита

    Разберём подробнее расчёт на следующем примере.

    Допустим, нужно подключить к щиту кухню, на которой предполагается использовать следующие приборы:

    • электропечь с духовкой, 8800 Вт;
    • микроволновка, 2200 Вт;
    • чайник, 2000 Вт;
    • мультиварка, 1000 Вт;
    • тостер, 750 Вт;
    • вытяжка, 400 Вт;
    • холодильник, 250 Вт.

    Произведём расчёт общей мощности помещения. Для этого складываем показатели мощности всех приборов:

    Робщ=8800+2200+2000+1000+750+400+250=15400 (Вт)

    К линии планируется подключать все приборы, поэтому коэффициент спроса примем Кс=0,7. Расчётная мощность составит:

    Ррасч=15400∙0,7=10780 (Вт)

    Из перечня электроприборов видно, что в их числе нет устройств с большим индуктивным сопротивлением. Поэтому cos φ можно взять одинаковый для всех – 0,98. Уточнить этот показатель для каждого прибора можно по справочным таблицам. Полная расчётная мощность с учётом cos φ составит:

    SР=10780 / 0,98=11000 (ВА)

    Также необходимо сделать вычисление силы тока:

    Iрасч=11000 / 220=50 (А)

    Вычисленные показатели используются для определения входящей мощности электрического щита, а также для определения параметров для вводного автомата и защитных устройств на вводе.  

    Также нужно сделать вычисления по каждому отдельному потребителю. Это потребуется для равномерного распределения всех потребителей по фазам, определения нагрузки на каждую отдельную линию и подбор защитной автоматики для каждой из линий. Это удобно сделать в табличном документе Excel. 


    Мощных потребителей нужно выводить отдельной линией соответствующего сечения кабеля и установкой на неё специальной силовой розетки и автомата подходящего по номиналу. Обычно для подключения розеток используется кабель сечением 2,5 мм2 и устанавливаются автоматические выключатели на 16 А. Поэтому нагрузку на розеточные линии следует распределить так, чтобы не превышать эти значения. В противном случае будет происходить постоянное срабатывание защитного автомата. При установке автомата большим номиналом будет происходить перегрузка проводки, что приведет к её перегреву и опасно возгоранием. 

    В таблице цветами выделены отдельные линии, которые нужно предусмотреть при проектировании щита для подключения всех потребителей.  

    Расчёт мощности щитка должен в обязательном порядке выполняться при проектировании проводки и самого щита. Без этих вычислений высока вероятность неэффективного использования или перегрузки линий электросети.

    Оцените новость:

    Формулы для расчета электрических величин.

    Проводя диагностику и ремонт холодильников Стинол, мастер периодически сталкивается с необходимостью проводить измерения электрических величин. По результатам измерения делаются выводы о работоспособности той или иной детали электрооборудования холодильника.
    На практике, рассматривая какую-либо электрическую нагрузку, полезно заранее знать, какое сопротивление соответствует какой мощности и ток какой величины потечет через эту нагрузку при подаче на нее питающего напряжения 220 Вольт. Если немного упростить теорию, все это не сложно вычислить, пользуясь формулами, приведенными ниже.

    Обозначения:

    • I — Сила тока в цепи, единицы измерения - Амперы (А)
    • U — Напряжение, единицы измерения - Вольты (В или V)
    • R — Сопротивление нагрузки, единицы измерения — Омы (Ом или Ohm)
    • P — Электрическая мощность нагрузки, единицы измерения — Ватты (Вт или W)

    Эти электрические величины связаны друг с другом следующими формулами:

    Электрооборудование холодильников Стинол рассчитано на питание от сети переменного тока напряжением 220 Вольт. Соответственно, вместо U в формулы можем смело подставлять число 220. Путем нехитрых перестановок получаем следующий набор формул на любой случай:

    • I=220/R
    • I=P/220
    • R=220/I
    • R=48400/P
    • P=220·I
    • P=48400/R

    Важно! В цепях переменного тока данные формулы справедливы только для активной нагрузки, сопротивление которой переменному току не зависит от его частоты. Для реактивных потребителей (емкости и индуктивности) эти равенства выполняться уже не будут. А это значит, что, по большому счету, при ремонтах холодильников Стинол всю эту математику мы можем применять только к нагревателям системы No Frost. А различные электродвигатели (мотор-компрессор, вентилятор, микродвигатель таймера и т.п.), являясь нагрузкой реактивной (индуктивной), автоматически из подобных рассчетов выпадают.

    Во время работы удобно иметь под рукой табличку для быстрого взаимного пересчета электрической мощности, сопротивления и силы тока. Такая табличка представлена ниже. В свое время она была составлена мной для быстрого ориентирования в параметрах нагревателей оттайки различных импортных холодильников. Специалисту по ремонту холодильников Стинол она тоже может оказаться полезной.

    Пользоваться таблицей достаточно просто:

    • Измерив мультиметром сопротивление нагревателя, и найдя соответствующую строчку в таблице, сразу становится ясно, какой мощностью он обладает и какой ток потечет через него при подаче питающего напряжения 220 Вольт.
    • Узнав при помощи токовых клещей, какой ток потребляет нагреватель, по таблице можно выяснить его сопротивление и мощность.
    • Узнав по маркировке нагревателя его мощность, легко выяснить его сопротивление и ток.
    Для напряжения 220 V
    (если ток переменный, то справедливо только для активной нагрузки)
    Сила тока, А Мощность, W Сопротивление, Ом
    0.01 2.2 22k
    0.05 11 4.4k
    0.1 22 2.2k
    0.2 44 1.1k
    0.3 66 733
    0.4 88 550
    0.5 110 440
    0.6 132 366
    0.7 154 314
    0.8 176 275
    0.9 198 244
    1 220 220
    1.1 242 200
    1.2 264 183
    1.3 286 169
    1.4 308 157
    1.5 330 146
    1.6 352 138
    1.7 374 129
    1.8 396 122
    1.9 418 116
    2 440 110
    2.1 462 105
    2.2 484 100
    2.3 506 96
    2.4 528 92
    2.5 550 88
    2.6 572 85
    2.7 594 81
    2.8 616 79
    2.9 638 76
    3 660 73
    3.1 682 71
    3.2 704 69

    Дополнительная информация по теме этой страницы есть в следующих статьях:


    Запомнить эту страницу в:

    Мощность переменного тока — виды, формула, примеры вычисления » ГДЗ онлайн

    Автор Беликова Ирина На чтение 8 мин Просмотров 21

    Показатель мощности переменного тока характеризует темп передачи или видоизменения электроэнергии. Мощность — величина, полученная от произведения силы тока и напряжения на выбранном участке цепи. В Международной СИ применяется обозначение Ватт (интернациональное — W, в России — Вт).

    Общее понятие

    Электрическое напряжение определяется как отношение работы поля по переброске пробного заряда из одной заданной точки в другую к размеру потенциала. При дислокации единичного резерва выполняется работа, которая равняется напряжению на искомом участке. Общая мощность получают умножением работы электрического поля для единичного заряда на число потенциалов за определенную единицу времени.

    В переменной электрической цепи выделяется 3 вида мощности:

    • активный P;
    • реактивный Q;
    • полного типа S.

    В цепи переменного электричества формула для расчета постоянного тока применяется только для вычисления мгновенной мощности. Этот показатель претерпевает изменения во времени и почти не имеет практического смысла для всех остальных расчетов. Среднезначимый показатель мощности требует временной интеграции. Мгновенная мощность объединяется в течение определенного промежутка для расчета величины в магистрали с периодическим изменением силы переменного потока и синусоидального напряжения.

    Применяется концепция комплексных чисел для связывания всех трех видов мощности. Это понятие обозначает, что в переменной цепи нагрузка выражается подобным числом так, что активная разновидность представляется действительной составляющей. Реактивный показатель выступает мнимым показателем, а полная мощность показывается в форме модуля. В этих расчетах принимает участие угол сдвига фаз φ, который является аргументом баланса мощностей в цепи переменного тока.

    Активная мощность

    Активная скорость преобразования выражается также через взаимное отношение силы потока, напряжения к значению активной составляющей сопротивления. В магистрали синусоидального и несинусоидального движения электронов активная нагрузка приравнивается к сумме аналогичных значений на отдельных участках.

    Для определения среднего периодического размера используется активная мощность переменного тока, формула расчета P = U . I . cos φ (косинус), где:

  • U — мощность.
  • I — сила потока.
  • φ — угол смещения фаз.
  • Средний показатель мгновенной скорости преобразования в однофазной цепи берется в виде среднеквадратичного значения тока и напряжения с определенным углом сдвига. В цепях несинусоидального электричества мощность приравнивается к сумме соответствующих показателей отдельных перемещений. С помощью активной мощности характеризуется интенсивность необратимого видоизменения электроэнергии в другие разновидности, например, электромагнитную или тепловую.

    Проходящая мощность используется в качестве активной в концепции длинных магистралей для анализа электромагнитных течений, протяженность которых сопоставляется с размерностью волны. Искомое значение рассчитывается как разница между понижающейся и отражающейся мощностями. От свойств коэффициента углового смещения зависят полученные показатели отрицательной или положительной нагрузки активного типа.

    Реактивная характеристика

    Для обозначения применяется дополнительно единица вольт-ампер реактивный (вар). В русских аналогах используется вар, а международные специалисты применяют var. В РФ единица допускается для электротехнических расчетов в форме внесистемного значения.

    Нахождение производится по формуле P = U . I . sin φ (синус), где:

  • U — среднеквадратичная мощность.
  • I — среднеквадратичная сила потока.
  • φ — угол фазного смещения, значения синуса, определяются по таблицам.
  • При диапазоне показателя от 0 до 90º (ток отстает от напряжения, а нагрузка носит активно-индуктивный вид) синус φ будет иметь положительное значение. При угловом сдвиге от 0 до -90º (поток электронов опережает нагрузку, мощность отличается активно-емкостным свойством) константа всегда показывает отрицательный знак. Реактивная мощность характеризует напряженность, которая возникает в электромеханических приборах и цепях при изменении энергетических волн поля в магистрали переменного синусоидального потока.

    В физическом смысле реактивная нагрузка показывает энергию, которая перекачивается от источника тока на конденсаторы, индукторы, двигательные обмотки, а впоследствии возвращается к источнику за один колебательный период. Реактивная мощность не принимает участия в работе электротока. В случае положительной характеристики устройство потребляет, а нагрузка с отрицательным знаком говорит о производстве энергии.

    Это обстоятельство рассматривается в условном контексте, т. к. почти все энергопотребляющие приборы, например, двигатели асинхронной работы, а также полезная нагрузка, подаваемая через трансформатор, относятся к активно-индуктивным видам. Синхронные двигатели электростанций одновременно производят и потребляют энергию в зависимости от максимальной величины электротока возбуждения в роторных обмотках. Эта особенность применяется для координации уровня нагрузки в магистрали в электротехнике.

    С помощью современных преобразователей производится компенсация реактивной нагрузки во избежание перегрузок и для увеличения коэффициента мощности электроустановок. Приборы более точно оценивают размер энергии, которая поступает в обратном направлении от индуктора к источнику переменного тока.

    Полная нагрузка

    Показатель используется в физике для описания потребляемой мощности, которая прилагается к подводящим агрегатам электросети с использованием резисторов. Суммируются параметры ЭДС распределительных щитков, кабелей, проводов, ЛЭП, трансформаторов.

    Полную нагрузку можно рассчитать по формуле S = U . I, где:

  • S — параметр полной нагрузки (В/а).
  • U — расчетная нагрузка в генераторе.
  • I — комплексный показатель силы тока в сочетании с обмоточным значением.
  • Параметр темпа преобразований зависит от характеристик применяемого тока, а не от свойств фактически использованной нагрузки. По этой причине полная мощность распределительных электрощитов и трансформаторных агрегатов измеряется в вольт-амперах, а значение ватт к ней не применяется.

    Работа в различных условиях

    Модуль комплексного показателя интенсивности передвижения равняется показателю полной нагрузки. Действительная составляющая часть приравнивается к активной силе, а мнимая считается реактивным видом. Имеет место положительный или отрицательный знак, что зависит от интенсивности загруженности цепи. Комплексная мощность должна соответствовать сопряженному электрическому сопротивлению. Положительная нагрузка характеризуется соотношением Р > 0, а знак минус проявляется в случае Р < 0.

    Измерение мощностных характеристик переменного потока электронов проводится при пропускании равного по значению тока по фазным проводникам. Показатели силы течения заряженных частиц с применением нулевого проводника имеют ничтожную размерность. Равномерная или симметричная фазовая нагрузка в трехфазной магистрали зависит от величины протекающих токов. Неравномерная или несимметричная нагрузка зависит от прохождения потока по нейтральным или нулевым кабелям. Общий мощностной уровень находится суммированием.

    Если присутствует фазовый сдвиг между напряжением и силой тока, то он совпадает с углом смещения между векторными радиусами показателей электротока. В условиях переменного напряжения совпадение векторных радиусов тока и вольтажа отмечается только при отсутствии в цепи конденсаторов и катушек индукции. Установка индукторов не мешает совпадению фазных значений. При этом происходит векторное вращение равной интенсивности. График смещения внутреннего угла остается постоянным.

    Если в магистрали происходит сдвиг напряжения и переменного тока, то мощностные показатели представляются значением с отрицательным знаком, так как калькулятор перемножает положительные и отрицательные величины. Продолжительность периодов зависит от уровня смещения фаз. При этом длительность отрицательных нагрузок определяет характеристики сдвига. При расчетах используются показатели сопротивления, которые знакомы из физического закона Ома.

    Коэффициент скорости преобразования

    Мощностной коэффициент является показателем потребления тока при присутствии реактивного компонента и искажающей нагрузки. Значение коэффициента отличается от понятия косинуса сдвигаемого угла. Второе понятие характеризуется смещением протекающего переменного тока, напряжения и используется только при синусоидальном токе и силе равного значения.

    Коэффициент равняется отношению расходуемой нагрузки к ее полному значению. При этом работа совершается за счет активного вида преобразования. При синусоидальном токе и вольтаже полная нагрузка находится в виде суммы реактивной и активной форм. Активная нагрузка приравнивается к усредненному произведению силы тока и напряжения и не может быть выше произведения аналогичных среднеквадратических размерностей. Мощностной коэффициент показывается в диапазоне от 0 до 1 или ставится в процентах от 0 до 100.

    При математическом расчете числовой множитель интерпретируется в качестве косинуса угла между токовыми векторами и направлением приложения вольтажа. Поэтому при синусоидальных характеристиках размерность коэффициента может совпадать с косинусом угла. Если применяется только синусоидальный вольтаж, а ток используется несинусоидальный с нагрузкой без реактивного компонента, то числовой переходник равняется части нагрузки при первых искажениях потребительского тока.

    Если реактивный элемент присутствует в нагрузке, то, помимо мощностного коэффициента, указывается характер работы (емкостно-активный или индуктивно-активный). Коэффициент в этих случаях отличается и является отстающим или опережающим значением.

    Практическое применение и коррекция

    Если к розетке с синусоидальным напряжением 50 Гц и 230 В подсоединить нагрузку с опережением или отставанием тока от напряжения на какую-то угловую величину, то на активной внутренней катушке будет создаваться увеличенная мощность. Это значит, что при работе в таких условиях выделяется много тепла, и электростанция отводит его в увеличенном количестве, по сравнению с применением активной нагрузки.

    Коэффициенты полезного действия и мощности отличаются друг от друга. Мощностной показатель не влияет на потребление приемника, подключенного к сети, но изменяет энергетические потери в подводных проводах и местах выработки энергии или ее преобразования. В доме электросчетчик не реагирует на проявление мощности, так как оплачивается только та энергия, за счет которой работают приборы.

    КПД влияет на потребляемую активную нагрузку. Например, энергосберегающая лампа потребляет в полтора раза больше электричества, чем аналогичный прибор накаливания. Это говорит о высоком коэффициенте полезного действия у первой лампы. Но показатель нагрузки может быть низким и высоким в обоих вариантах.

    Коррекция заключается в приведении потребления прибора с низким мощностным коэффициентом к стандартным показателям при питании от силовой цепи переменного тока. Технически это осуществляется применением действенной схемы на входном устройстве, которая помогает равномерно использовать фазную мощность и исключает перегрузку нулевого провода. При этом снижаются всплески потребительского тока на верхушке синусоиды питающего вольтажа.

    Реактивная нагрузка корректируется при включении в магистраль элемента с обратным действием. Например, в двигателе переменного тока для компенсации действия ставится конденсатор параллельно питающей линии. Применяется система активного или пассивного корректора при изменении используемого тока во время колебательного периода подпитывающего напряжения для преобразования коэффициента. Простым примером является последовательное подключение дросселя. При этом конечные приборы потребляют ток непропорционально гармоничным искажениям. Катушка сглаживает волновые импульсы.

    Измерение коэффициента мощности и гармонического состава тока

    Теоретический анализ

    Рассмотрим передачу энергии от источника к нагрузке через сечение S, как показано на рис. 1.

    Рис. 1. Передача энергии от источника к нагрузке

    В такой сети форма напряжения v(t) (не-обязательно синусоидальная) задается источником, а форма тока i(t) определяется реакцией нагрузки. В более общем случае, когда импеданс источника весьма значителен, как v(t), так и i(t) зависят от характеристик нагрузки.

    Если v(t) и i(t) являются периодическими величинами, то их можно выразить через ряды Фурье:

    Здесь период колебаний сетевого напряжения определяется как T = 2π/ω. В общем случае мгновенная мощность p(t) = v(t)×i(t) может принимать как положительные, так и отрицательные значения в разных точках в течение периода. Таким образом, энергия течет в обоих направлениях между источником и нагрузкой. Важно определить энергию, передаваемую в нагрузку в течение одного периода:

    Это выражение определяет среднюю мощность через период:

    Исследуем зависимость между гармоническим составом тока и напряжения и средней мощностью. Подставим ряды Фурье (1) в формулу (3):

    Чтобы оценить этот интеграл, необходимо перемножить бесконечные ряды. Можно показать, что произведения членов ряда на разных частотах равны 0, в то время как произведения токов и напряжений на одинаковых частотах равны:

    Средняя мощность, таким образом, будет равна:

    Согласно полученной формуле полезная мощность в нагрузку передается только в том случае, если в рядах тока и напряжения присутствуют гармоники одной частоты. На рис. 2 приведены наглядные примеры расчета мгновенной мощности и эффективность передачи энергии к нагрузке.

    Рис. 2. Мгновенная мощность при различных и одинаковых значениях частоты тока и напряжения

    В первом случае напряжение и ток содержат различные гармоники. Показанный график мгновенной мощности принимает как положительные, так и отрицательные значения: сначала энергия передается в нагрузку, а затем возвращается снова в сеть. Интеграл этой мощности за период оказывается равным нулю, так как количество энергии, переданной в обоих направлениях, равное. Следовательно, мощность, протекающая в такой сети, является чисто реактивной, и полезная работа в нагрузке не совершается.

    Во втором случае ток и напряжения содержат одну и ту же гармонику и находятся в фазе. Мгновенная мощность принимает только положительные и нулевые значения, ее интеграл строго больше нуля, следовательно, вся энергия расходуется в нагрузке, и мощность является чисто активной. Таким образом, реактивная мощность в сетях переменного тока порождается не только сдвигом фаз, но и различием в гармоническом составе тока и напряжения.

     

    Реальная схема выпрямителя

    Рассмотрим теперь физические процессы, происходящие в обычном мостовом выпрямителе с конденсатором большой емкости и нагрузкой (рис. 3).

    Рис. 3. Схема выпрямителя

    Несмотря на то, что выпрямитель является чуть ли не самым простым элементом схемы блока питания, физические процессы, происходящие в его нелинейных элементах — диодах, требуют пояснений. На рис. 4 показаны графики тока и напряжения, которые потребляет от сети обычный нагруженный выпрямитель с конденсатором значительной емкости. В данном случае входное напряжение было 220 В, использовался электролитический конденсатор 47 мкФ и нагрузочный резистор 6 кОм.

    Рис. 4. Токи и напряжения в выпрямителе:
    1 — входное напряжение;
    2 — входной ток;
    3 — выходное напряжение

    В такой схеме ток (2) от сети потребляется короткими импульсами в моменты, когда мгновенное значение напряжения (1) в питающей сети максимально. В остальное время нагрузка питается напряжением, запасенным в конденсаторе (3), и напряжение на нем постепенно падает, пока мгновенное значение сетевого напряжения не превысит напряжение, оставшееся на конденсаторе. В этот момент открываются диоды выпрямительного моста и происходит короткий бросок тока подзарядки. Именно этот режим работы выпрямителя и порождает нежелательную реактивную мощность, которая, не выполняя полезной работы, разогревает питающие сети.

    Как известно, импульсные сигналы имеют в своем спектре бесконечное число гармоник. Однако большей их частью можно пренебречь, поскольку амплитуда их слишком мала. В то же время третья и пятая гармоники тока в такой схеме имеют амплитуду, сравнимую с амплитудой главной гармоники (50 Гц). Спектр тока в выпрямителе показан на рис. 5.

    Рис. 5. Гармонический состав входного тока выпрямителя

    Как уже было показано выше, в данном случае энергия в нагрузку передается только на основной гармонике 50 Гц (на той, которая присутствует в форме питающего напряжения), а остальные лишь создают реактивную мощность, которая работы не совершает. В частности, большое значение имеют 3‑я, 5‑я и 7‑я гармоники. Для того чтобы оценивать работу источника питания в сетях переменного тока, вводят так называемый коэффициент мощности, который определяется как отношение активной мощности к полной. Полная мощность является суммой активной и реактивной мощности. Хотя в этом случае полной мощностью называется произведение среднеквадратических значений тока и напряжения, измеренных в сети с данной нагрузкой. Поэтому имеет смысл напомнить математические определения коэффициента мощности и среднеквадратического значения тока в терминах рядов Фурье.

     

    Среднеквадратичные значения и коэффициент мощности

    Среднеквадратичное значение (rms) периодической волны v(t) с периодом T выражается следующей формулой:

    Эту формулу можно переписать в терминах рядов Фурье. Подстановка уравнения (1) в уравнение (6) и упрощение дают:

    Анализ выражений (7) позволяет сделать вывод о том, что наличие гармоник в токе или напряжении всегда увеличивает его среднеквадратичное значение. А энергия к нагрузке переносится только на тех гармониках, которые присутствуют в обоих рядах. Поэтому измерение среднеквадратичных величин напряжения и тока и расчет на их основе мощности потребления (В·А) позволяют получить полное значение мощности (активная + реактивная).

    Таким образом, коэффициентом мощности (8) называется величина, которая показывает, насколько эффективно передается энергия к нагрузке. Или, другими словами, какая часть энергии, приходящей из сети, используется по назначению, а какая тратится лишь на разогрев проводов.

    Pfactor = Pav /(Vrms×Irms).                                      (8)

    В зависимости от типа нагрузки эффективность может быть выражена как сдвигом фаз между током и напряжением (cosj), так и отношением мощности основной гармоники тока к суммарной мощности всех остальных гармоник. В первом случае для повышения коэффициента мощности применяется корректирующий конденсатор, а во втором — LC-фильтр или активный корректор мощности. Чтобы оценить коэффициент мощности, нужен спектральный анализатор тока.

     

    Измерение величин гармоник тока

    Рассмотрим практический опыт работы с устройством, в состав которого входит выпрямитель (нагрузка 15 Вт, емкость 47 мкФ) и разработанный автором корректор коэффициента мощности, описание которого выходит за рамки этой статьи. Необходимо оценить качество работы корректора. Для оценки коэффициента мощности и гармонического состава тока, потребляемого устройством, применяются сложные и дорогостоящие приборы. Специальные электротехнические лаборатории встречаются не на каждом шагу, а также взимают немалую плату за анализ стороннего устройства. Включать осциллограф в сеть переменного тока тоже не совсем удобно. Поэтому было бы хорошо иметь подобное оборудование на своем рабочем месте, на это не потребуется значительных средств. Для этого предлагается использовать обычный цифровой осциллограф с функцией преобразования Фурье и приставку к нему.

    Приставка состоит из микроконтроллера, дисплея и микросхемы ACS712 фирмы Allegro Microsystems. Основная функция микросхемы — это изоляция (до 2 кВ) измерительного оборудования от сети переменного тока. Микросхема содержит медный проводник, датчик Холла и некую электронную схему в одном корпусе SO‑8. Медный проводник включается последовательно с проверяемым устройством. Датчик Холла регистрирует протекающий по проводнику ток. Выходным сигналом микросхемы служит напряжение от 1,5 до 3,5 В. При этом 1,5 В соответствует току –5 А, 2,5 В — току 0 А, а 3,5 В — току +5 А, согласно графику на рис. 6а. ACS712 обеспечивает гальваническую развязку силовой и измерительной цепей, поэтому для регистрации тока можно смело подключать осциллограф к выходу микросхемы. Более того, возможности микросхемы позволяют регистрировать ток частотой до 80 кГц. Существуют модификации с расширенными границами тока — 20 и 30 А. Схема включения микросхемы показана на рис. 6б.

    Рис. 6. Микросхема ACS712:
    а) передаточная характеристика;
    б) схема включения

    На основе ACS712 и микроконтроллера ATxmega можно собрать устройство, которое измеряет величину активной мощности и коэффициент мощности. На схеме (рис. 7) указано подключение питающей сети и нагрузки. Микросхема DA1 имеет на выходе напряжение, которое пропорционально сетевому. Это напряжение поступает на первый АЦП в микроконтроллере. На второй АЦП поступает сигнал с микросхемы DA2, пропорциональный току, потребляемому нагрузкой. Несколько раз за период сетевого напряжения микроконтроллер производит перемножения мгновенных значений тока и напряжения, а затем интегрирует полученные произведения в течение периода, согласно формуле (3). Результат выводится на верхний дисплей. Коэффициент мощности рассчитывается согласно формулам (7) и (8) и выводится на нижний дисплей. Также в точке S1 можно подключить осциллограф и посмотреть гармонический состав тока, используя функцию анализатора спектра, которую имеет осциллограф. Дисплей и микроконтроллер можно подключать по усмотрению разработчика. Автор применил светодиодные дисплеи BA56‑SRWA, но подойдут и жидкокристаллические.

    Рис. 7. Пример применения микросхемы ACS712

    Если нет возможности запрограммировать микроконтроллер, то можно воспользоваться только аналоговой частью приставки (микросхемы DA1, DA2) и осциллографом с функцией анализа спектра для расчета коэффициента мощности. С помощью этой приставки были проведены измерения величины гармоник тока устройства с выпрямителем и корректором коэффициента мощности.

    Рис. 8. Результаты тестирования:
    а) входной ток;
    б) гармонический состав тока

    На рис. 8а изображен ток устройства, а на рис. 8б — спектральная характеристика этого тока. Полученные результаты позволяют судить о качестве схемы: как видно на рис. 8б, разница в амплитуде 1‑й и 3‑й гармоники составляет 24 дБ, или одна больше другой в 8 раз. Этот результат заметно лучше, чем тот, который приведен на рис. 5. Необходимо учесть, что осциллограф в данном примере показывает амплитуду по логарифмической шкале, а на рис. 5 приведена линейная амплитуда. Коэффициент мощности, таким образом, будет равен отношению величины первой гармоники (полезная или активная мощность) к сумме первой, третьей и пятой гармоник (полная мощность) Пользуясь простыми правилами арифметики, находим, что для данного устройства k = 1/1,125 = 0.88.

    Расчет мощности однофазной сети. Подводка электричества к частному дому и расчет нагрузки

    При проектировании любых электрических цепей выполняется расчет мощности. На его основе производится выбор основных элементов и вычисляется допустимая нагрузка. Если расчет для цепи постоянного тока не представляет сложности (в соответствии с законом Ома, необходимо умножить силу тока на напряжение – Р=U*I), то с вычислением мощности переменного тока – не все так просто. Для объяснения потребуется обратиться к основам электротехники, не вдаваясь в подробности, приведем краткое изложение основных тезисов.

    В цепях переменного тока расчет мощности ведется с учетом законов синусоидальных изменений напряжения и тока. В связи с этим введено понятие полной мощности (S), которая включает в себя две составляющие: реактивную (Q) и активную (P). Графическое описание этих величин можно сделать через треугольник мощностей (см. рис.1).

    Под активной составляющей (Р) подразумевается мощность полезной нагрузки (безвозвратное преобразование электроэнергии в тепло, свет и т.д.). Измеряется данная величина в ваттах (Вт), на бытовом уровне принято вести расчет в киловаттах (кВт), в производственной сфере – мегаваттах (мВт).

    Реактивная составляющая (Q) описывает емкостную и индуктивную электронагрузку в цепи переменного тока, единица измерения этой величины Вар.

    Рис. 1. Треугольник мощностей (А) и напряжений (В)

    В соответствии с графическим представлением, соотношения в треугольнике мощностей можно описать с применением элементарных тригонометрических тождеств, что дает возможность использовать следующие формулы :

    • S = √P 2 +Q 2 , – для полной мощности;
    • и Q = U*I*cos⁡ φ , и P = U*I*sin φ – для реактивной и активной составляющих.

    Эти расчеты применимы для однофазной сети (например, бытовой 220 В), для вычисления мощности трехфазной сети (380 В) в формулы необходимо добавить множитель – √3 (при симметричной нагрузке) или суммировать мощности всех фаз (если нагрузка несимметрична).

    Для лучшего понимания процесса воздействия составляющих полной мощности давайте рассмотрим «чистое» проявление нагрузки в активном, индуктивном и емкостном виде.

    Возьмем гипотетическую схему, в которой используется «чистое» активное сопротивление и соответствующий источник переменного напряжения. Графическое описание работы такой цепи продемонстрировано на рисунке 2, где отображаются основные параметры для определенного временного диапазона (t).

    Рисунок 2. Мощность идеальной активной нагрузки

    Мы можем увидеть, что напряжение и ток синхронизированы как по фазе, так и частоте, мощность же имеет удвоенную частоту. Обратите внимание, что направление этой величины положительное, и она постоянно возрастает.

    Как видно на рисунке 3, график характеристик емкостной нагрузки несколько отличается от активной.


    Рисунок 3. График идеальной емкостной нагрузки

    Частота колебаний емкостной мощности вдвое превосходит частоту синусоиды изменения напряжения. Что касается суммарного значения этого параметра, в течение одного периода гармоники оно равно нулю. При этом увеличения энергии (∆W) также не наблюдается. Такой результат указывает, что ее перемещение происходит в обоих направлениях цепи. То есть, когда увеличивается напряжение, происходит накопление заряда в емкости. При наступлении отрицательного полупериода накопленный заряд разряжается в контур цепи.

    В процессе накопления энергии в емкости нагрузки и последующего разряда не производится полезной работы.

    Представленный ниже график демонстрирует характер «чистой» индуктивной нагрузки. Как видим, изменилось только направление мощности, что касается наращения, оно равно нулю.


    Негативное воздействие реактивной нагрузки

    В приведенных выше примерах рассматривались варианты, где присутствует «чистая» реактивная нагрузка. Фактор воздействия активного сопротивления в расчет не принимался. В таких условиях реактивное воздействие равно нулю, а значит, можно не принимать его во внимание. Как вы понимаете, в реальных условиях такое невозможно. Даже, если гипотетически такая нагрузка бы существовала, нельзя исключать сопротивление медных или алюминиевых жил кабеля, необходимого для ее подключения к источнику питания.

    Реактивная составляющая может проявляться в виде нагрева активных компонентов цепи, например, двигателя, трансформатора, соединительных проводов, питающего кабеля и т.д. На это тратится определенное количество энергии, что приводит к снижению основных характеристик.

    Реактивная мощность воздействует на цепь следующим образом:

    • не производит ни какой полезной работы;
    • вызывает серьезные потери и нештатные нагрузки на электроприборы;
    • может спровоцировать возникновение серьезной аварии.

    Именно по этому, производя соответствующие вычисления для электроцепи, нельзя исключать фактор влияния индуктивной и емкостной нагрузки и, если необходимо, предусматривать использование технических систем для ее компенсации.

    Расчет потребляемой мощности

    В быту часто приходится сталкиваться с вычислением потребляемой мощности, например, для проверки допустимой нагрузки на проводку перед подключением ресурсоемкого электропотребителя (кондиционера, бойлера, электрической плиты и т.д.). Также в таком расчете есть необходимость при выборе защитных автоматов для распределительного щита, через который выполняется подключение квартиры к электроснабжению.

    В таких случаях расчет мощности по току и напряжению делать не обязательно, достаточно просуммировать потребляемую энергию всех приборов, которые могут быть включены одновременно. Не связываясь с расчетами, узнать эту величину для каждого устройства можно тремя способами:


    При расчетах следует учитывать, что пусковая мощность некоторых электроприборов может существенно отличаться от номинальной. Для бытовых устройств этот параметр практически никогда не указывается в технической документации, поэтому необходимо обратиться к соответствующей таблице, где содержатся средние значения параметров стартовой мощности для различных приборов (желательно выбирать максимальную величину).

    Любой электроприбор характеризуется несколькими основными параметрами, среди которых ток и мощность. Иногда в указываются лишь мощность и напряжение, ток в этом случае легко найти, воспользовавшись знаменитыми формулами Ома (разумеется, с рядом оговорок — например, должен быть известен cos). Верно также обратное: зная ток и напряжение, можно выполнить расчет мощности. В глобальной Сети есть много материалов по данной теме, но большая их часть рассчитана на специалистов.

    Давайте рассмотрим, что понимают под термином «электрическая мощность», какие существуют ее разновидности и как можно сделать расчет мощности. Физический смысл мощности указывает, насколько быстро в установке (приборе) происходит преобразование электроэнергии в тот или иной вид полезной работы. Вот так все просто! Для неэлектрических же устройств вполне допустимо использовать термин «производительность».

    В электротехнике принято разделение, согласно которому существует активная и реактивная мощность. Первая непосредственно преобразуется в полезную работу, поэтому считается основной. Единицей измерения служит Ватт и производные — Киловатт, Мегаватт и пр. На бытовых электроприборах указывается именно она. Хотя это вовсе не означает, что реактивной составляющей нет. В свою очередь вторая — нежелательная, так как в выполнении работы не участвует, а растрачивается на различные виды потерь. Измеряется в «вар» (вольт-ампер реактивный) и производных — киловольт-ампер реактивный и т.д. Сумма активной и реактивной составляющих формируют полную мощность (вольт-ампер, ВА).

    Яркий пример потребителя с чистой активной нагрузкой — электрический ТЭН. При прохождении по нему электрического тока генерируется тепло, причем в прямой зависимости. Точно так же действует потребитель реактивной энергии — классический трансформатор. При его работе в витках обмотки создается магнитное поле, которое само по себе не нужно (используется свойство электромагнитной индукции). Магнитопровод намагничивается, происходят потери. Другими словами:

    где sin Fi — синус угла между векторами тока и напряжения. Его знак зависит от характера нагрузки (емкостная или индуктивная).

    Расчет мощности начинают с определения рода тока: постоянный или переменный, так как формулы не являются универсальными.

    В первом случае используется следствие из классического закона Ома. Мощность P является произведением тока I на напряжение U:

    P=I*U (Вт=А*В).

    При цепи с источником питания учитывается направление ЭДС: это нужно для расчета сопротивления самого источника. Так, генератор или батарея, в которых ток течет от «-» к «+», выдавая энергию в нагрузку цепи, отдает мощность. Если же течение тока противоположно приложенному потенциалу (зарядка аккумуляторной батареи), то имеет место поглощение мощности источником ЭДС.

    Формула расчета мощности для (однофазная цепь) учитывает коэффициент — «косинус фи». Он представляет собой отношение активной составляющей мощности к полной. Очевидно, что в случае с ТЭНом косинус будет равняться 1 (идеальный вариант), так как реактивной составляющей нет. Иначе для снижения потерь на стороне генератора применяют различные компенсаторы или иные технические решения.

    Таким образом:

    Расчет мощности в выполняется для каждой фазы, а полученные значения затем суммируются. Для переменного тока полная мощность рассчитывается как из суммы квадратов активной и реактивной составляющих. Для генерирующих устройств (подстанции) более важно знать именно полную мощность, так как на основе этого подбираются все остальные элементы последующих цепей. Очевидно, что в большинстве случаев нельзя заранее узнать характер нагрузки.

    Предисловие

    Правильная подводка электричества к частному дому может быть сделана только после тщательного планирования, основанного на данных, полученных в ходе предварительных расчетов.

    Cодержание

    Подводка электричества к дому является одним из самых важных моментов подготовки строения к вводу в эксплуатацию. Правильная подводка электричества к частному дому может быть сделана только после тщательного планирования, основанного на данных, полученных в ходе предварительных расчетов. В этой статье рассказано о том, как проводится расчет электрических нагрузок в частном доме с целью улучшения экономичности и безопасности эксплуатации приборов.

    Индивидуальный дом расположен в местности, где используются электрические воздушные линии. В этом случае неизолированные провода монтируют на фарфоровых или стеклянных изоляторах, укрепленных на деревянных, железобетонных или металлических опорах. Иногда вдоль линии электропередач предусматривают уличное освещение, в этом случае прокладывают еще один провод, который монтируют на тех же опорах. Уличное освещение подключают к «фазному» и нулевому проводам, а для управления ставят выключатель или магнитный пускатель, к контактам которого присоединяют провода для освещения.

    В четырехпроводных электрических линиях нулевой провод обязательно заземляют на трансформаторной подстанции, а затем через каждые 100- 200 м по трассе, для чего на опорах устраивают повторные заземления. От четырех-или пятипроводной (с «фонарным» проводом) линии, проходящей вдоль улицы, делают отводы к домам, распределяя нагрузки на каждую фазу более или менее равномерно: при однофазных ответвлениях чередуют от каждой фазы (от первой фазы отвод к первому дому, от второй — ко второй, от третьей — к третьему, к четвертому — снова от первой и т. п.). Второй провод каждого двухпроводного отвода присоединяют к нулевому проводу линии.

    Формула расчета нагрузки, мощности и силы тока

    Для проведения изысканий может применяться формула расчета тока, которая должна учитывать несколько параметров. Расчет примерный, потому что еще нужно учитывать коэффициент мощности, равный для большинства электропотребителей 0,9-1. Если вы включаете в сеть напряжением 220 В электрическую лампочку 100 Вт, то ток в подводящих проводах 100 Вт/220 В, или 0,45 А (это при коэффициенте мощности равном 1). Если электроприемник имеет коэффициент мощности 0,9, то при мощности 100 Вт и напряжении 220 В сила тока рассчитывается следующим образом: I = W/KU = 100Вт/200Вх0,9=0,5А. Чем меньше коэффициент мощности, тем больше ток и, следовательно, больше потери энергии в проводах за счет их нагревания. Формула расчета нагрузки может быть скорректирована с учетом изменения этих параметров.

    Формула мощности нагрузки используется, чтобы подсчитать электрическую потребность нескольких электроприемников, необходимо суммировать их номинальные токи, иногда у всех электроприемников коэффициент мощности одинаков или достаточно близок к единице. При различных значениях коэффициента мощности находят его усредненное значение, а чаще принимают эту величину 0,8-0,9 и вычисляют силу тока, исходя из суммы номинальных мощностей. Нагрузку на фазовый провод от трехфазного электроприемника подсчитывают, исходя из того, что на каждую фазу приходится одна треть мощности и что фазовое напряжение в 1,73 раза меньше линейного: мощность трехфазного электроприемника делят на номинальное линейное напряжение, а коэффициент мощности на 1,73. Потребители, пользующиеся трехфазным током, одну из фаз выделяют для питания однофазных электроприемников, силу тока в этом фазовом проводе определяют, суммируя нагрузки всех трех- и однофазных электроприемников. На ток в других фазовых проводах однофазные электроприемники не влияют, но они определяют ток в нулевом проводе (при включении только трехфазных электроприемников тока в нулевом проводе нет).

    Формула расчета силы тока при правильном применении позволяет формировать устойчивую к перепадам напряжения сеть. Практически все электроприемники в вашем доме имеют различное электрическое сопротивление, определяемое результатом деления величин электрического напряжения и силы электрического тока. Электрическое сопротивление (проводника, электроутюга, телевизора и т. п.) в омах (Ом), равно электрическому напряжению в вольтах (В), деленному на силу тока в амперах (А): R = U/I. Если к электроприемнику приложено напряжение 220 В и при этом протекает ток силой 0,5 А, то сопротивление цепи составляет 440Ом. Если сопротивление увеличить, сила тока пропорционально уменьшится. Используя приведенные зависимости: I =W/U и R=U/I, путем арифметических действий получим: WR = U2.

    Отсюда, можно, зная величину электрического напряжения и мощность электропотребителя, вычислить его сопротивление. Или вычислить мощность, зная величины R и U. Например, сопротивление электроприемника мощностью 220 Вт составляет 484 Ом, а сопротивление электроприемника мощностью 1 кВт — 48,4 Ом.

    Сопротивление проводов электрической сети обычно находится в пределах от долей Ома до 1-2 Ом, нагрев проводов электрическим током зависит от сопротивления и силы тока, поэтому если электрическое соединение сделано плохо (недостаточно затянуты винты, небрежно скручены и зачищены провода), его сопротивление оказывается больше и возникает опасный перегрев, появляется возможность загорания. При коротком замыкании напряжение сети приложено к замкнутым между собой проводам, сопротивление мало, и сила тока возрастает, превосходя допустимые значения. Если при этом нет необходимых мер защиты (например, отсутствуют предохранители), провода также могут загореться.

    У домовладельцев возникает вопрос: каким проводом лучше монтировать электропроводку — с медной или алюминиевой жилой? Конечно, вопрос корректен, если подразумеваются одинаковые провода: сечение жилы, тип изоляции и т. п. Удельное сопротивление меди в 1,6 раза меньше, чем удельное сопротивление алюминия. Для передачи одной и той же электрической мощности до опасного нагрева нужно выбрать сечение алюминиевой жилы в 1,6 больше, по сравнению с медной.

    Коэффициент теплопроводности меди 390 Вк/м x К, а у алюминия 209 X= Вк / м x К, то есть у меди в 1,7 больше. Это означает, что, если в одном месте медной жилы, например, за счет плохого контакта, возник перегрев — температура повысилась, то такое повышение температуры быстрее будет распределяться по медной жиле по сравнению с алюминиевой. Следовательно, использование медных проводников имеет несомненные преимущества по сравнению с алюминиевыми.

    По определению мощность есть энергия в единицу времени, электрическая энергия Е равна: Е = Wt, где t — время.

    Измеряют величину Е при помощи электросчетчиков. Если мощность электроприемников суммарно составляет 1 кВт, то за 1 час работы будет израсходован 1 кВт/час, такое же количество электроэнергии израсходуют за 4 часа электроприемники мощностью 250 Вт или электролампа мощностью 100 Вт за 10 часов.

    Вам понадобиться: в доме всегда включено много электропотребителей — электрические лампочки, холодильник, телевизор, электронагреватели и т. п. Обычно все они соединены параллельно, однако в редких случаях встречается и последовательное соединение потребителей. Вам, например, необходимо рассчитать, купив новый электроприбор (и зная его мощность и напряжение, которые должны быть приведены в паспорте) не только силу тока через этот прибор, но и какой автомат-предохранитель нужно поставить в цепи прибора, если параллельно ему уже подключены другие. То есть необходимы самые краткие данные для расчета электрических цепей.

    Далее, если у вас есть конкретная электрическая цепь, подставляя величины U, Rv R2 и т. д., вы получите необходимые численные значения, только не забудьте все величины записывать в Международной системе единиц СИ — вольтах, амперах, Омах и ваттах. Впрочем, если вы привыкли к лошадиным силам (л. с.), то запомните, что 1 л. с. — 735,5 Вт.

    Приведенные сведения из электротехники — тот технический минимум, который вам необходимо знать, чтобы грамотно эксплуатировать электрические системы в своем доме.

    Указания по определению и расчету мощностей электрических нагрузок электроприборов с примерами

    Далее приведены указания по расчету электрических нагрузок в частном домовладении для улучшения производительности сети. Проводимый предварительно расчет мощности электроприборов позволяет также сократить финансовые затраты на оплату счетов за электроэнергию.

    Выберем для составления схемы достаточно типичный вариант двухэтажного дома и последовательно рассмотрим все этапы составления электрической схемы электропроводки.

    Для того чтобы провести определение электрических нагрузок, поступим следующим образом: разместим на плане дома по помещениям все электропотребители, которые могут быть включены в доме. Далее представлены практические примеры расчета электрических сетей, которые можно использовать для составления собственного плана.

    Первый этаж.

    • Гостиная 30 м2. Из электропотребителей здесь: телевизор (60 Вт), музыкальный центр (50 Вт), видеоплеер (10 Вт). Для освещения используются люстра (5 лампочек по 60-300 Вт) и два бра по 100 Вт — вместе 500 Вт.
    • Коридор, крыльцо — освещение электролампами по 100 Вт (всего 200 Вт).
    • Кухня: электрическая плита (1,5 кВт), стиральная машина (1,8 кВт), электронагреватель (1,5 кВт), холодильник (400 Вт), освещение — люстра (200 Вт) и бра (100 Вт), вместе 300 Вт.

    Второй этаж.

    • Спальня — освещение — бра (200 Вт).
    • Туалетная комната — освещение (100 Вт).
    • Холл — освещение (200 Вт).

    Для включения всех указанных потребителей монтируют групповую сеть. Групповую сеть выполняют, как правило, тремя группами. Первая группа предназначена для питания осветительных приборов, вторая служит для присоединения штепсельных розеток на 6А без защитных (зануляющих или заземляющих) контактов, третья питает электроприемники, требующие занулений корпуса прибора, например, кухонную плиту. К этой группе присоединяют штепсельные розетки с защитным контактом.

    Нельзя объединять нулевые проводники разных групп в провод, который служит для присоединения защитных контактов штепсельных розеток в нулевые проводники, нельзя вводить ни выключатели, ни предохранители. Допускается смешанное питание штепсельных розеток и освещения.

    Если поступить по всем правилам, то есть объединим в одну группу осветительные приборы, во вторую — штепсельные розетки на 6А, в третью — штепсельные розетки с защитным контактом, то в итоге получим большой расход проводов. Если проводя расчет электрических нагрузок, пример взять за основу, то стоит провести корректировку мощностей в соответствии с паспортными данными электроприборов.

    Методы и формула расчета сопротивления и напряжения электрической нагрузки

    Сопротивление нагрузки формула позволяет рассчитывать максимально точно при планировании наиболее эффективной работы сети. Для того чтобы узнать напряжение нагрузки, формула должна включать в себя все параметра работающих приборов. Методы расчета электрических нагрузок в частном домовладении можно посмотреть далее на этой странице в примерах проведения исследований.

    Группа № 1

    Объединим штепсельные розетки и осветительные приборы в гостиной в группу № 1. Суммарная мощность всех одновременно включенных приборов равна 620 Вт. Представим, что возникла необходимость включить еще настольную лампу, фен для сушки волос, кофемолку, электропаяльник и т. п. — мало ли какие возникают ситуации. Добавим на такие непредвиденные расходы еще 300 Вт — пусть максимальная мощность всех электропотребителей, включенных одновременно в гостиной, достигнет 900 Вт. Не бойтесь в разумных пределах завысить мощность электропотребителей — небольшие дополнительные расходы на электропроводку с лихвой окупятся отсутствием опасности возгорания в вашем доме. Максимальная сила тока в цепи: I= (900Вт) /200В=4,1А.

    Величина силы тока на подходе к предохранителю цепи, а ток в проводах, ведущих к бра, будет значительно меньше. Если провод к бра через ответвительную коробку отходит от центральных жил, то сила тока в нем: 100Вт/220В=0,45 А.

    К бра можно проложить провод со значительно меньшим сечением.

    Максимальная допустимая нагрузка на штепсельную розетку без заземленных контактов 1500 Вт, а количество розеток на 30 м2 гостиной 3-5 штук (по СНиП — 1 розетка на 6-10 м2 жилой площади). Наконец, общий максимальный ток не превышает 6 A, то есть можно использовать 6 A предохранитель для этой части групповой сети. Сейчас используют автоматические выключатели, расцепители которых рассчитаны на 16 A — осветительная сеть и сеть штепсельных розеток.

    У нас есть большой «запас прочности», около 12 А (16 А — 4 А), поэтому в группу №1 можно включить освещение кухни, коридора, крыльца, туалетной комнаты и гаража. Тогда суммарная мощность всех электропотребителей в гостиной и осветительных приборов в других комнатах составит около 1,6 кВт, сила тока не превысит 7,3 А, и для этой группы №1 расцепитель автоматического выключателя, рассчитанный на 16 А, нас вполне устроит, так как 16 А, или 3,6 кВт — это мощность всех одновременно включенных потребителей.

    Группа №2

    В группу № 2 выделим розетки с защитным контактом для электрической плиты, электронагревателя, холодильника и стиральной машины. Суммарная мощность этих приборов 5,3 кВт, а сила тока в цепи группы № 2 составит: I=5,3кВт/220В=24А.

    Практически исключаются случаи одновременного включения всех перечисленных приборов, и для этой группы можно использовать автоматический выключатель с расцепителем на силу тока 25 А.

    Группа № 3

    Наконец, в группу № 3 включите розетки и освещение второго этажа. При указанных выше электропотребителях установите автоматический выключатель на 16 A.

    AC DC Формула расчета тока при полной нагрузке

    Расчет тока полной нагрузки для машины переменного и постоянного тока:

    Полный ток нагрузки используется для проектирования системы защиты электрооборудования.

    Что такое ток полной нагрузки:

    Полный ток нагрузки — это не что иное, как максимально допустимый ток. Входной ток машины превышает ток полной нагрузки, что может привести к повреждению электрической машины. Из-за избыточного тока машина производит дополнительное тепло (из-за P=I 2 * R)., Это может привести к повреждению изоляции или обмотки электрооборудования. Следовательно, работа машины при токе ниже полной нагрузки увеличивает срок службы электрооборудования.

    Нагрузки двигателя переменного тока (переменный ток):

    Нагрузки переменного тока состоят из резистивных нагрузок, индуктивных нагрузок. Резистивные нагрузки: водонагреватели, комнатные обогреватели и т. д. Индуктивные нагрузки — индукционные печи, однофазные асинхронные двигатели, трехфазные двигатели и т. д.

    Расчет тока при полной нагрузке 3-фазный двигатель:

    В большинстве трехфазных систем потребление электроэнергии происходит при соединении звездой и треугольником.Входная мощность (P) в систему одинакова, независимо от соединения.

    Мощность в кВт (киловаттах)

    В= Напряжение +/- 10 % в вольтах

    I= ток полной нагрузки в амперах

    Cos pi = коэффициент мощности

     Трехфазная мощность P = 3 В*I* Cos pi
      Следовательно, ток полной нагрузки трехфазного двигателя I = P / (3 * V * Cos pi)  

    кВт = выходная мощность в ваттах……. Все данные указаны на паспортной табличке.

    Посмотрите на приведенную выше формулу, трехфазный ток полной нагрузки равен мощности, деленной на 3-кратное произведение линейного напряжения на нейтраль и коэффициент мощности.

    Как мы уже говорили, полный ток нагрузки трехфазной системы зависит от типа подключения. Здесь

    Iph => Фазный ток

    Iлиния => Линейный ток

    Для соединения звездой ток полной нагрузки Iline равен Iph

     Iф = Iлиния 

    Для соединения треугольником ток полной нагрузки Iline в 1,732 раза больше Iph

     Iф/1,732 = Iлиния 

    Следовательно, трехфазный ток полной нагрузки I равен

    I= Р/(1.732*V*Cos пи)

    Здесь трехфазный ток полной нагрузки равен мощности, деленной на 1,732 умножения между линейным напряжением и коэффициентом мощности.

    Расчет тока полной нагрузки Однофазный двигатель:

    Ток полной нагрузки однофазного двигателя I равен мощности P, деленной на коэффициент мощности, умноженный на напряжение между линией и нейтралью.

     P = V * I * Cos пи 

    Ток полной нагрузки I = P / (V x Cos pi) Ампер

    В= Напряжение +/- 10 % в вольтах

    I= ток полной нагрузки в амперах

    Cos pi = коэффициент мощности

    кВт = выходная мощность в ваттах…….Все данные указаны на паспортной табличке двигателя.

    Расчет тока полной нагрузки Трехфазный нагревательный элемент:

    Для трехфазной сети полный ток нагрузки для резистивной нагрузки равен трехфазной мощности, деленной на напряжение, умноженное на 1,732. Здесь коэффициент мощности будет равен единице для резистивных нагрузок.

    Как вы знаете формулу Силы,

    Р = 1,732 х В х I

    Ток полной нагрузки I,

    I = P / 1,732 * В Ампер.

    В= Линейное напряжение

    I= ток полной нагрузки в амперах

    Если вы рассматриваете линейное напряжение как среднее, формула тока при полной нагрузке принимает вид

    .

    I =P / 3 * В Ампер.

    кВт = выходная мощность в ваттах……. Все данные указаны на паспортной табличке обогревателя.

    Расчет тока полной нагрузки Однофазные нагреватели:

    Формула мощности кВт

    В= Напряжение

    I= ток полной нагрузки в амперах

    кВт = выходная мощность в ваттах……. Все данные указаны на паспортной табличке обогревателя.

     P = В X I Ампер 

    Полный ток нагрузки для однофазного нагревателя составит

    I = P/V Ампер

    Расчет сквозного сопротивления:

    1. Измерьте сопротивление R катушки нагревателя с помощью мультиметра.2 *

      р.

      См. также : Как рассчитать падение напряжения

      Расчет тока полной нагрузки Машина постоянного тока (двигатель постоянного тока и генератор постоянного тока):

      DC => постоянный ток

       Р= В х I 

      В = Е ± Iа Ра ± Рш + щетки капельные (шунтовая машина)

      В = Е ± Iа (Ра + Рш) + падение щеток (серийный станок)

      В = Напряжение питания

      E = противо-ЭДС

      Ia = ток якоря

      Ra = сопротивление якоря

      Is = ток возбуждения

      Rsh = сопротивление поля

       Обратная ЭДС e = (pi * N * P * Z / 60 А) 

      Pi= магнитный поток

      N= скорость машины

      P = количество полюсов

      Z = количество проводников

      A = количество параллельных путей

      P = A для лабораторной обмотки

      A= 2 для волновой обмотки

      Мифы о токе полной нагрузки:

      1. Ток полной нагрузки Для алюминиевого кабеля o.8 за квадратный метр
      2. Для медного кабеля 1,2 на квадратный метр
      3. 3 фазы 415 В, при 0,8 пФ, ток полной нагрузки двигателя 1 л.с. = 1,3 А.
      4. 1 фаза 230 В, 0,8 пф, ток полной нагрузки двигателя 1 л.с. = 4 ампера.

      3 шага, чтобы сделать все правильно

      Независимо от того, переезжаете ли вы в новый дом или планируете большой проект реконструкции, расчет электрической нагрузки, безусловно, является важным шагом. Это поможет вам понять электрическую мощность вашего дома, а также выбрать соответствующую электрическую услугу.Если вы живете в старом доме, скорее всего, ваша существующая служба действительно недостаточно велика, учитывая современные потребности семьи.

      Чтобы понять, как рассчитать электрическую нагрузку, сначала нужно узнать, к чему она относится. Термин «мощность электрической нагрузки» определяется как общее количество энергии, которую ваш основной источник электроэнергии обеспечивает для вашего дома. Он используется всеми цепями вашего дома, а также всеми розетками, приборами или светильниками, подключенными к этим цепям.

      Еще одна важная вещь – размер.Общая мощность электрической системы вашего дома измеряется в силе тока или амперах. В более новых, современных домах есть электричество на 200 ампер, а в элитных домах установлено электричество на 400 ампер. Чтобы определить, что вам нужно, необходимо учитывать несколько факторов, но вам также необходимо понимать некоторые основные принципы. Вам также нужно будет немного посчитать, чтобы сравнить общую емкость с нагрузкой, которая будет на нее возложена.

      1. Понятие о ваттах, вольтах и ​​амперах

      Как упоминалось выше, расчет электрической нагрузки означает суммирование силы тока всех ваших светильников и приборов.Из соображений безопасности всегда лучше предусмотреть запас прочности. Обычно лучше всего, если нагрузка 90 214 не превышает 80 % 90 215 вашей электрической мощности. Однако для математических расчетов вам необходимо понимать, что такое ватты, вольты и амперы, а также взаимосвязь между ними: две упрощенные формулы, которые помогут вам рассчитать мощность не только всей вашей электросети, но и отдельных цепей.Например, если у вас есть услуга на 100 ампер с цепью на 240 вольт, то ваша общая мощность составляет 24 000 ватт.

      Поскольку рекомендуется не превышать 80 % от общей мощности, это дает вам 19 200 Вт. Это означает, что мощность всех ваших приборов, устройств, светильников и т. д. не должна превышать 19 200 Вт в любой момент времени, чтобы избежать перегрузки .

      Все лампочки и электроприборы имеют номинальную мощность, поэтому подсчитать общую мощность не составит труда.

      2. Выполните расчет

      Как было сказано выше, как только вы узнаете мощность ваших отдельных цепей или всей сети вашего дома, вы можете приступить к ее измерению в зависимости от нагрузки. Сложите номинальные мощности всех приборов и приспособлений, которые будут одновременно потреблять энергию.

      Вам не нужно добавлять все лампочки, все подключаемые устройства и все проводные устройства, потому что вы редко будете запускать все одновременно. Вы точно не будете включать кондиционер и печь одновременно.Точно так же вряд ли получится запустить пылесос и кухонную помощницу одновременно. Существуют альтернативные методы определения подходящего размера для вашей электросети. Вот один из них:

      1. Начните с суммирования мощности всех ответвленных цепей освещения.
      2. Добавьте номинальную мощность всех штепсельных розеток.
      3. Добавьте мощность всех стационарных приборов, таких как стиральная машина/сушилка, электрическая плита или водонагреватели.
      4. Вычтите 10 000 и умножьте это число на .40
      5. Добавьте 10 000.
      6. Добавьте мощность вашего переменного тока или нагревательных приборов (печь + обогреватели), в зависимости от того, что больше — не добавляйте оба!
      7. Разделите на 240.

      Результатом будет рекомендуемая сила тока, необходимая для надлежащего питания вашего дома. Если этот тип расчета электрической нагрузки слишком сложен, у многих электриков есть простое эмпирическое правило, в котором говорится, что 100-амперной сети обычно достаточно для небольшого дома или дома среднего размера со стандартными параллельными цепями и одной или двумя постоянными. электрические приборы, такие как водонагреватель или плита.Дом площадью менее 2500 квадратных футов подойдет, если отопление работает на газе.

      Вам потребуется 200-амперный источник питания, если у вас электрическое отопление и охлаждение или если площадь вашего дома составляет менее 3000 квадратных футов. Для больших домов со всеми электроприборами и системами отопления/охлаждения рекомендуется использовать ток 300 или 400 ампер.

      3. Думайте наперед

      Хотя эти расчеты помогут вам получить представление о том, каким должен быть размер вашего электроснабжения, лучше всего, если вы берете цифры с долей скептицизма и всегда завышаете.Заранее подумайте о том, как ваша семья может расшириться, или о любом дополнении, которое вы, возможно, запланируете позже.

      Вам также следует подумать о своих планах относительно гаража. Если вы планируете приобрести электромобиль или даже два, то это, безусловно, добавит нагрузки. Если у вас есть хобби, такое как работа по дереву или гончарное дело, это тоже может пригодиться. Инвестирование в негабаритный сервис позволит вам легко запустить вспомогательную панель в свой гараж для зарядного устройства для электромобиля или в мастерскую любого типа.

      Калькулятор тока полной нагрузки с уравнениями

      Калькулятор тока полной нагрузки рассчитывает ток полной нагрузки для 1-фазной нагрузки переменного тока, 3-фазной нагрузки переменного и постоянного тока в кВт, кВА или л.с.Включает пошаговые уравнения.

      См. также

      Параметры калькулятора тока полной нагрузки

      • Напряжение (В):
        • Укажите междуфазное напряжение V LL для трехфазного источника переменного тока в вольтах.
        • Укажите фазное напряжение V LN для однофазного источника переменного или постоянного тока.
        • Выберите расположение фаз: 1-фазный переменный ток, 3-фазный переменный ток или постоянный ток.
      • Нагрузка (S):  Укажите нагрузку в кВт, кВА, А или л.с.И укажите коэффициент мощности нагрузки ( pf ) (cosΦ), если нагрузка указана в кВт или л.с.

      Расчет тока полной нагрузки для трехфазного источника переменного тока:

      Ток полной нагрузки для 3-фазной нагрузки в кВт рассчитывается как:

      \(I=\displaystyle\frac{1000 \cdot S_{кВт}} {\sqrt{3} \cdot V_{LL} \cdot \cos{\phi}}\)

      Где:

      • S кВт : Номинальная мощность в киловаттах (кВт)
      • В LL : Линейное (линейное) напряжение в вольтах.
      • cosΦ: Коэффициент мощности нагрузки.

      Ток полной нагрузки для 3-фазной нагрузки в кВА рассчитывается как:

      \(I=\displaystyle\frac{1000 \cdot S_{kVA}} {\sqrt{3} \cdot V_{LL}}\)

      Ток полной нагрузки для 3-фазной нагрузки в л.с. рассчитывается как:

      \(I=\displaystyle\frac{745.7\cdot S_{hp}} {\sqrt{3} \cdot V_{LL} \cdot \cos{\phi}}\)

      Расчет тока полной нагрузки для однофазного источника переменного тока:

      Ток полной нагрузки для 1-фазной нагрузки в кВт рассчитывается как:

      \(I=\displaystyle\frac{1000 \cdot S_{кВт}} {V_{LN} \cdot \cos{\phi}}\)

      Ток полной нагрузки для 1-фазной нагрузки в кВА рассчитывается как:

      \(I=\displaystyle\frac{1000 \cdot S_{кВА}} {V_{LN} }\)

      Ток полной нагрузки для однофазной нагрузки в л.с. рассчитывается как:

      \(I=\displaystyle\frac{745.7 \cdot S_{hp}} {V_{LN} \cdot \cos{\phi} }\)

      Расчет тока полной нагрузки для источника постоянного тока:

      Ток полной нагрузки для нагрузки постоянного тока в кВт рассчитывается как:

      \(I=\displaystyle\frac{1000 \cdot S_{кВт}} {V_{LN}}\)

      Ток полной нагрузки для нагрузки постоянного тока в кВА рассчитывается как:

      \(I=\displaystyle\frac{1000 \cdot S_{кВА}} {V_{LN} }\)

      Ток полной нагрузки для нагрузки постоянного тока в л.с. рассчитывается как:

      \(I=\displaystyle\frac{745.7 \cdot S_{hp}} {V_{LN} }\)

      Формула передачи максимальной средней мощности в цепях переменного тока – Wira Electrical

      Мы решили задачу максимизации мощности, отдаваемой резистивной сетью питания в нагрузку R L . Теперь поговорим о том, что такое максимальная средняя мощность передачи.

      Представив схему в эквивалентной схеме Thevenin, мы доказали, что максимальная мощность будет отдана в нагрузку, если сопротивление нагрузки равно сопротивлению Thevenin R L  = R Th .

      Теперь мы распространим этот результат на цепь переменного тока. Обязательно сначала прочитайте, что такое цепь переменного тока.

      Максимальная средняя передаваемая мощность

      Рассмотрим схему на рисунке (1), где цепь переменного тока подключена к нагрузке Z L и представлена ​​ее эквивалентом Thevenin.

      электродвигатель, антенна и так далее.

      в прямоугольной форме, импеданс Thevenin Z Th и нагрузки —

      (1a)
      (1b)

      Текущий через нагрузку

      (2)

      Средняя мощность доставляется на нагрузку

      (3 )

      Наша цель — настроить параметры нагрузки R L и X L так, чтобы P было максимальным.

      Для этого приравняем ∂P/∂R L и ∂P/∂X L к нулю. Из уравнения. (3), получим

      (4а)
      (4b)

      Установка ∂P / ∂x l до нуля дает

      (5)

      и установка ∂P / ∂R L до нулевых результатов

      (6)

      Объединение уравнений.(5) и (6) приводит к выводу, что для максимальной средней передачи мощности Z L  должны быть выбраны так, чтобы X L  = -X Th  и R L  = R Th , т.е.

      (7) (7)

      на Максимальная средняя передача электроэнергии , импеданс нагрузки Z L должен быть равен комплексу конъюгата Импеданса Thevenin Z .

      Этот результат известен как теорема о максимальной средней передаче мощности для синусоидального устойчивого состояния. Установка R L = R Th и x L = -x Th в уравнении. (3) дает нам максимальную среднюю мощность как

      (8)

      В ситуации, когда нагрузка является чисто реальной, условие максимальной передачи мощности получается из уравнения (6) путем установки X L  = 0; то есть

      (9)

      .

      См. также: мгновенная и средняя мощность

      Примеры передачи максимальной средней мощности

      Для лучшего понимания рассмотрим примеры ниже:

      из схемы рис.(2). Какая максимальная средняя мощность?

      Чтобы получить Z Th , рассмотрим схему, показанную на рис. (3а). Находим

      Рис. 3. Нахождение эквивалента схемы на рис. . По делению напряжения,

      Полное сопротивление нагрузки потребляет максимальную мощность от цепи, когда

      Согласно уравнению (8), максимальная средняя мощность составляет

      2.В схеме на рис. (4) найдите значение R L , при котором будет поглощаться максимальная средняя мощность. Вычислите эту мощность.

      Рисунок 4

      Раствор:

      Мы впервые найдут эквивалент Thevenin на терминалах R L .

      По делению напряжения,

      Значение R L , потребляющее максимальную среднюю мощность, равно

      Ток через нагрузку

      Максимальная средняя мощность, поглощаемая R L , составляет

      5 0

      4 Расчет нагрузки двигателя — Электротехнический центр

      В моем последнем посте я говорил о том, почему нам необходимо определять нагрузки и КПД двигателя.Поэтому в этом посте я хочу поделиться тем, как получить значение нагрузки двигателя, используя простую расчетную электрическую формулу.

      Прежде чем мы пойдем дальше, я хочу объяснить, что такое мощность. Что означает мощность? Конечно, этот термин имеет большое значение в нашей теме обсуждения. Мощность определяется энергией в электрической цепи.

      Это комбинация значения силы тока и напряжения. Основная формула для мощности: P (ватт) = I (ампер) x V (вольт). Мощность также измеряется в единицах лошадиных сил (л.с.). Обычное преобразование электрической лошадиной силы в ватт равно 1 л.с. = 746 Вт.

       

      Как рассчитать нагрузки двигателя

      Электрические нагрузки двигателя рассчитываются из мощности в кВт и полной номинальной нагрузки в кВт . Ниже приведена формула расчета нагрузки двигателя.

      Пример:

      У нас есть 1 асинхронный двигатель мощностью 30 лошадиных сил (л.с.), работающий с силой тока 34,9 ампер и трехфазным напряжением 460 вольт, значение коэффициента мощности составляет 0,75, а КПД двигателя составляет 85%

      ЭТАП 1

      По этой формуле мы определяем значение мощности в кВт (Пи).

      ЭТАП 2

      Нам необходимо определить полную номинальную нагрузку в кВт

      ЭТАП 3

      Мы можем количественно определить мощность двигателя при частичной нагрузке, сравнив измеренную входную мощность под нагрузкой с мощностью, необходимой, когда двигатель работает с номинальной мощностью, используя эту формулу.

      Расчет:-

      Первый шаг для получения фактического значения напряжения и силы тока. Я предлагаю собрать данные измерений с двигателя с помощью вольтметра и клещей.Пример: —

      а) НАПРЯЖЕНИЕ

      В красный = 462 вольт     синий = 461 вольт     желтый = 460 вольт

      В всего = (462 + 461 + 460) / 3 = 461 вольт

      б) АМПЕР

      Красный = 34,5 А Синий = 33,8 А Желтый = 34,2 А

      Всего = (34,5+33,8+34,2) / 3 = 34,1 ампер

      c) Коэффициент мощности: 0,75

      d) КПД двигателя: 85%

       

      Формула 1 :

      Pi = (V x I x PF x 1.732) / 1000

       Пи =  (461 x 34,1 x 0,75 x 1,732) / 1000

      Pi = 20,4 кВт

       

      Формула 2

      пир = (л.с. x 0,7457)/эффективность

      Пир = (30 х 0,7457) / 0,85

      Пир = 19 кВт

       

      Формула 3

      НАГРУЗКА = (Pi / Pir) x 100%

      НАГРУЗКА = (20,4/19) x 100%

      Выходная мощность в % от номинальной мощности = 107,4 %

      * Из этого примера значения мы можем определить нагрузку нашего электродвигателя в хорошем состоянии.Это 100% выходная мощность для привода оборудования. Это эффективность и отсутствие перегрузок.

      Объяснение коэффициента мощности

      — инженерное мышление

      объяснение коэффициента мощности

      Объяснение коэффициента мощности. В этом уроке мы рассмотрим коэффициент мощности. Мы узнаем, что такое коэффициент мощности, что такое хороший и плохой коэффициент мощности, как сравнивать коэффициент мощности, причины коэффициента мощности, почему и как исправить коэффициент мощности, а также некоторые примеры расчетов, которые помогут вам изучить электротехнику.
      Прокрутите вниз, чтобы посмотреть БЕСПЛАТНОЕ руководство YouTube

      Итак, что такое коэффициент мощности?

      Что такое коэффициент мощности

      Коэффициент мощности — безразмерное число, используемое в цепях переменного тока. Его можно использовать для обозначения отдельной единицы оборудования, например, асинхронного двигателя, или для обозначения потребления электроэнергии во всем здании. В любом случае он представляет собой соотношение между истинной мощностью и кажущейся мощностью. Формула PF = кВт / кВА. Итак, что это значит?

      Моя любимая аналогия для объяснения этого — аналогия с пивом.

      Мы платим за пиво по стаканам, а внутри стакана и пиво, и пена. Чем больше у нас пива, тем меньше пены, поэтому мы получаем хорошее соотношение цены и качества. Если много пены, то пива мало, и мы не получаем хорошего соотношения цены и качества.

      Аналогия с пивом Power Factor

      Пиво представляет нашу истинную мощность или наши кВт, киловатты. Это полезные вещи, которые мы хотим и в которых нуждаемся, это то, что делает работу.

      Пена представляет собой нашу реактивную мощность или наши реактивные кВАр, киловольт-ампер.Это бесполезные вещи, они всегда будут, и мы должны платить за них, но мы не можем их использовать, поэтому мы не хотим их слишком много. (на самом деле у него есть применение и цель, но позже мы увидим почему)

      Комбинация этих кВт и кВАр является нашей полной мощностью или нашей кВА. киловольт-ампер

      .

      Формула коэффициента мощности Таким образом,

      Коэффициент мощности представляет собой отношение полезной мощности или фактической мощности в кВт к тому, за что мы платим, в кВА. Таким образом, это говорит нам о том, какое соотношение цены и качества мы получаем за потребляемую мощность.

      Треугольник мощности — коррекция коэффициента мощности

      Если мы очень кратко коснемся терминов электротехники, то увидим, что это выражается в виде треугольника мощности. В этом случае я нарисую его как ведущий фактор мощности, так как его легче визуализировать. Пиво или истинная мощность — это соседняя линия, затем у нас есть пена, которая представляет собой реактивную мощность на противоположной стороне, затем для стороны гипотенузы, которая является самой длинной стороной, у нас есть кажущаяся мощность, это под углом от истинного мощность, угол известен как тета.

      Формулы коэффициента мощности

      По мере увеличения реактивной мощности или пены увеличивается и полная мощность или кВА. Затем мы могли бы использовать тригонометрию для вычисления этого треугольника, я не буду в этой статье, поскольку я просто рассказываю об основах, поэтому мы просто увидим нужные вам формулы, но мы сделаем некоторые расчеты и рабочие примеры позже в этой статье.

      Если мы посмотрим на типичный счет за электроэнергию для жилого дома, мы обычно увидим плату за количество использованных киловатт-часов, потому что коэффициент мощности и потребление электроэнергии будут очень низкими, поэтому электроэнергетические компании, как правило, не беспокоятся об этом.

      Однако в коммерческих и промышленных счетах за электроэнергию, особенно в зданиях с интеллектуальными или интервальными счетчиками электроэнергии, мы, скорее всего, увидим платежи и информацию об использованном количестве кВт, кВтч, кВА и кВАрч. В частности, в больших зданиях часто также будет наблюдаться плата за реактивную мощность, но это зависит от поставщика электроэнергии.

      Плата за реактивную мощность

      Причина, по которой они взимают штраф за это, заключается в том, что, когда крупные потребители имеют плохие коэффициенты мощности, они увеличивают ток, протекающий через электрическую сеть, и вызывают падение напряжения, что снижает мощность распределения поставщиков и оказывает влияние на других потребителей.Кабели рассчитаны на то, чтобы выдерживать определенное количество тока, протекающего через них. Таким образом, если многие крупные потребители подключаются с плохими коэффициентами мощности, то кабели могут быть перегружены, им будет сложно удовлетворить требования и соглашения о пропускной способности, и ни один новый потребитель не сможет подключиться, пока они не заменят кабели или не установят дополнительные кабели.

      Плата за реактивную мощность возникает, когда коэффициент мощности здания падает ниже определенного уровня, этот уровень определяется поставщиком электроэнергии, но обычно он начинается примерно с 0.95 и ниже.

      Идеальный коэффициент мощности должен быть равен 1,0, однако на самом деле этого почти невозможно достичь. Мы вернемся к этому позже в видео.

      В больших коммерческих зданиях общий коэффициент мощности, вероятно, будет соответствовать следующим категориям

      Хороший коэффициент мощности обычно составляет от 1,0 до 0,95

      Плохой коэффициент мощности находится в диапазоне от 0,95 до 0,85

      Плохой коэффициент мощности ниже 0,85.

      Коммерческие офисные здания обычно находятся где-то между 0.98 и 0,92, промышленные здания могут быть всего 0,7. Вскоре мы рассмотрим причины этого.

      Сравнение коэффициента мощности асинхронного двигателя

      Если мы сравним два асинхронных двигателя, оба имеют мощность 10 кВт и подключены к трехфазной сети 415 В 50 Гц. У одного коэффициент мощности 0,87, а у другого коэффициент мощности 0,92

      Оба двигателя обеспечивают мощность 10 кВт, но первый двигатель имеет более низкий коэффициент мощности по сравнению со вторым, а это означает, что мы не получаем такого же соотношения цены и качества.

      Первый двигатель должен потреблять 11,5 кВА из электросети, чтобы обеспечить мощность 10 кВт.

      Второму двигателю потребуется всего 10,9 кВА из электросети, чтобы обеспечить мощность 10 кВт.

      Это означает, что первый двигатель имеет мощность 5,7 кВАр, а второй двигатель имеет мощность всего 4,3 кВАр.

      Помните, что наши киловатты — это полезное пиво. КВАр — это пена, это не очень полезная штука. КВА — это то, за что мы собираемся платить, и это кВт + кВАр.2

      Мы могли бы также найти коэффициент мощности из кВт и кВА, разделив 10 кВт на 11,5 кВА

      PF = кВт/кВА

      Мы могли бы найти мощность в кВт из коэффициента мощности и кВА, разделив 0,87 на 11,5 кВА, чтобы получить 10

      кВт = PF x кВА

      Так что же является причиной плохого коэффициента мощности?

      В большинстве случаев на коэффициент мощности влияют индуктивные нагрузки.

      Чисто резистивная нагрузка

      Если бы у нас была чисто резистивная нагрузка, такая как электрический резистивный нагреватель, то формы волн напряжения и тока были бы синхронизированы или очень близки.Они оба прошли бы свои точки максимума и минимума и прошли бы нулевую ось одновременно. Коэффициент мощности в этом случае равен 1, что идеально.

      Если бы мы нарисовали векторную диаграмму, то напряжение и ток были бы параллельны, поэтому вся энергия, получаемая от источника электроэнергии, идет на выполнение работы, в данном случае на создание тепла.

      Чисто индуктивная нагрузка

      Если мы возьмем индуктивный груз, такой как асинхронный двигатель, магнитное поле катушек сдерживает ток и приводит к фазовому сдвигу, когда формы волны напряжения и тока не синхронизированы с током, и поэтому он проходит через нулевую точку после напряжения, это называется отстающим коэффициентом мощности.

      Ранее в статье я сказал, что пена или кВАр бесполезны, это не совсем так, нам на самом деле нужна некоторая реактивная мощность для создания и поддержания магнитного поля, которое вращает двигатель. Реактивная мощность тратится впустую в том смысле, что мы не получаем от нее никакой работы, но все равно должны за нее платить, хотя она нам нужна, прежде всего, для выполнения работы. Ранее мы рассмотрели, как работают асинхронные двигатели, щелкните здесь, чтобы просмотреть этот учебник.

      Если мы нарисуем векторную диаграмму для чисто индуктивной нагрузки, то ток будет под углом ниже линии напряжения, а это означает, что не все потребляемое электричество совершает работу.

      Чисто емкостная нагрузка

      Если мы взяли чисто емкостную нагрузку, то с индуктивной нагрузкой происходит обратное. Напряжение и ток не совпадают по фазе, за исключением того, что на этот раз напряжение сдерживается. Это приводит к опережающему коэффициенту мощности. Опять же, это будет означать, что не вся электроэнергия используется для выполнения работы, но мы должны платить за нее в любом случае.

      Если бы мы нарисовали векторную диаграмму для чисто емкостной нагрузки, то линия тока располагалась бы под углом над линией напряжения, поскольку она опережает.

      Коррекция плохого коэффициента мощности

      Волновая диаграмма коррекции коэффициента мощности

      Что мы можем сделать, чтобы исправить плохой коэффициент мощности и плату за реактивную мощность? В большинстве случаев мы сталкиваемся с отстающим коэффициентом мощности, вызванным индуктивными нагрузками, но мы можем встретить и опережающий коэффициент мощности.

      Чтобы скорректировать низкий коэффициент мощности, мы можем добавить в цепь конденсаторы или катушки индуктивности, которые вернут ток обратно в фазу и приблизит коэффициент мощности к 1. Если у нас есть запаздывающий коэффициент мощности, вызванный высокими индуктивными нагрузками в цепи, мы добавить конденсаторы, это наиболее распространено.Если у нас есть опережающий коэффициент мощности, вызванный высокими емкостными нагрузками, мы добавляем в цепь индуктивную нагрузку. Их необходимо рассчитать, и мы увидим несколько примеров расчетов в конце статьи.

      Зачем исправлять низкий коэффициент мощности?

      Зачем исправлять плохой коэффициент мощности

      Низкий коэффициент мощности означает, что для выполнения той же работы вам нужно получать больше энергии от электрических сетей, а кабели должны быть больше, поэтому это будет стоить дороже. Если коэффициент мощности станет слишком низким, поставщик электроэнергии может взимать с вас штраф или плату за реактивную мощность.Низкий коэффициент мощности может вызвать потери в оборудовании, таком как трансформаторы, и привести к сильному выделению тепла. Это может привести к перепадам напряжения и даже сократить ожидаемый срок службы оборудования в экстремальных сценариях.

      Расчет конденсаторов для коррекции коэффициента мощности

      Давайте рассмотрим упрощенный пример расчета размера конденсатора для улучшения коэффициента мощности нагрузки. В здании есть 3-фазное электроснабжение, общая рабочая нагрузка 50 кВт и коэффициент мощности 0,78, но мы хотим, чтобы он был равен 0.2 в квадрате, что дает нам 14,6 кВАр.

      Таким образом, конденсатор должен компенсировать разницу между этими двумя значениями, то есть 40,1 кВАр минус 14,6 кВАр, что равняется конденсатору 25,5 кВАр. Это упрощенный пример, уточняйте у поставщика.

      Коэффициент нагрузки

      : что это такое? (И как его рассчитать)

      Что такое коэффициент нагрузки?

      В электротехнике коэффициент нагрузки определяется как отношение средней нагрузки к максимальной (или пиковой) нагрузке в заданный период времени.Другими словами, коэффициент нагрузки представляет собой отношение общей энергии (кВтч), использованной в течение определенного периода времени, к общей возможной энергии, доступной в течение этого периода (т. е. пиковое потребление за этот конкретный период времени). Коэффициент нагрузки может рассчитываться ежедневно, ежемесячно или ежегодно. Уравнение коэффициента нагрузки:

         

      Коэффициент нагрузки используется для измерения коэффициента использования (означает эффективность использования электроэнергии). Значение коэффициента нагрузки всегда меньше единицы.Потому что средняя нагрузка всегда будет меньше максимальной потребности.

      Высокое значение коэффициента нагрузки означает, что нагрузка использует электроэнергию более эффективно. Высокий коэффициент нагрузки обеспечивает большую экономию электроэнергии. А низкий коэффициент нагрузки означает, что электроэнергия используется недостаточно по сравнению с вашим максимальным спросом.

      Улучшенный коэффициент нагрузки означает снижение потребности в пиковой нагрузке. Это увеличит значение коэффициента нагрузки и сэкономит электроэнергию. Это также снизит средние затраты на единицу (кВтч).Эта процедура также известна как балансировка нагрузки или пиковая экономия.

      Улучшенный коэффициент нагрузки означает снижение потребности в пиковой нагрузке. Это увеличит значение коэффициента нагрузки и сэкономит электроэнергию. Это также снизит средние затраты на единицу (кВтч). Эта процедура также известна как балансировка нагрузки или пиковая экономия.

      Низкий коэффициент загрузки означает высокий максимальный спрос и низкий коэффициент использования. Если коэффициент нагрузки очень низок из-за высокой пиковой нагрузки, мощность электрической энергии остается неактивной в течение длительного времени.А это повысит удельную стоимость электроэнергии для потребителя. Чтобы уменьшить пиковый спрос, сместите часть нагрузки с пикового на непиковое время.

      Для генераторов или электростанций коэффициент нагрузки является важным фактором для определения эффективности электростанции. Для электростанций коэффициент нагрузки определяется как отношение энергии, вырабатываемой в данный период времени, к произведению максимальной нагрузки и количества часов работы.

         

      Как рассчитать коэффициент нагрузки?

      Коэффициент нагрузки рассчитывается путем деления общего потребления электроэнергии (кВтч) за определенный период времени на произведение максимального потребления (кВт) и количества часов в этот период.

      Коэффициент нагрузки можно рассчитать за любое время периода. Как правило, он рассчитывается на ежедневной, еженедельной, ежемесячной или годовой основе. Приведенные ниже уравнения показывают коэффициент нагрузки для другого времени.

         

         

         

      Пример коэффициента нагрузки Вопрос

      Давайте рассчитаем коэффициент нагрузки для следующих условий. Приведенные выше уравнения умножаются на 100 для расчета коэффициента нагрузки в процентах.

      Ежемесячное потребление энергии составляет 36000 кВтч, а максимальная потребность 100 кВт.

         

         

         

      Возьмем тот же пример, но максимальное потребление снижено со 100 кВт до 70 кВт.

         

         

      Таким образом, коэффициент нагрузки улучшается за счет снижения максимальной нагрузки.

      Как улучшить коэффициент нагрузки?

      Коэффициент загрузки представляет собой отношение средней нагрузки к максимальному спросу. Следовательно, она зависит от величины средней нагрузки и максимального спроса. Потребитель старается поддерживать коэффициент загрузки как можно выше.Коэффициент нагрузки не может быть больше единицы, так как средняя нагрузка всегда меньше максимальной потребности.

      Значение улучшения коэффициента нагрузки означает увеличение значения коэффициента нагрузки. Если потребитель пытается удерживать среднюю нагрузку на уровне максимального спроса, то коэффициент нагрузки будет увеличиваться.

      Но вместо того, чтобы изменять среднюю нагрузку, потребители могут легко снизить максимальную нагрузку.

      Добавить комментарий

      Ваш адрес email не будет опубликован.