Расчет электрических цепей
Все формулы, используемые для расчётов электроцепей, вытекают одна из другой.
Взаимосвязи электрических характеристик
Так, например, по формуле расчета мощности можно произвести расчет силы тока, если известны P и U.
Чтобы узнать, какой ток будет потреблять утюг (1100 Вт), включенный в сеть 220 В, нужно выразить силу тока из формулы мощности:
I = P/U = 1100/220 = 5 A.
Зная расчётное сопротивление спирали электроплиты, можно найти P устройства. Мощность через сопротивление узнают по формуле:
P = U2/R.
Существует несколько методов, позволяющих решать поставленные задачи по расчётам различных параметров заданной цепи.
Методы расчёта электрических цепей
Расчёт мощности для цепей разного рода тока помогает правильно оценить состояние линий электропитания. Бытовые и промышленные аппараты, подобранные в соответствии с заданными параметрами Pном и S, будут работать надёжно и выдерживать максимальные нагрузки годами.
Способы компенсации
Мы уже выяснили, как влияют реактивные токи на работу устройств и оборудования с индуктивными или ёмкостными нагрузками. Для уменьшения потерь в электрических сетях с синусоидальным током их оборудуют дополнительными устройствами компенсации.
Принцип действия установок компенсации основан на свойствах индуктивностей и ёмкостей по сдвигу фаз в противоположные стороны. Например, если обмотка электромотора сдвигает фазу на угол φ, то этот сдвиг можно компенсировать конденсатором соответствующей ёмкости, который сдвигает фазу на величину – φ. Тогда результирующий сдвиг будет равняться нулю.
На практике компенсирующие устройства подключают параллельно нагрузкам. Чаще всего они состоят из блоков конденсаторов большой ёмкости, расположенных в отдельных шкафах. Одна из таких конденсаторных установок изображена на рисунке 3. На картинке видно группы конденсаторов, используемых для компенсации сдвигов напряжений в различных устройствах с индуктивными обмотками.
Рис. 3. Устройство компенсации
Компенсацию реактивной мощности ёмкостными нагрузками хорошо иллюстрируют графики на рисунке 4
Обратите внимание на то, как эффективность компенсации зависит от напряжения сети. Чем выше сетевое напряжение, тем сложнее компенсировать паразитные токи (график 3)
Рис. 4. Компенсация реактивной мощности с помощью конденсаторов
Устройства компенсации часто устанавливаются в производственных цехах, где работает много устройств на электроприводах. Потери электричества при этом довольно ощутимы, а качество тока сильно ухудшается. Конденсаторные установки успешно решают подобные проблемы.
Нужны ли устройства компенсации в быту?
На первый взгляд в домашней сети не должно быть больших реактивных токов. В стандартном наборе бытовых потребителей преобладают электрическая техника с резистивными нагрузками:
- электрочайник (P f = 1);
- лампы накаливания (P f = 1);
- электроплита (P f = 1) и другие нагревательные приборы;
Коэффициенты мощности современной бытовой техники, такой как телевизор, компьютер и т.п. близки к 1. Ими можно пренебречь.
Но если речь идёт о холодильнике (P f = 0,65), стиральной машине и микроволновой печи, то уже стоит задуматься об установке синхронных компенсаторов. Если вы часто пользуетесь электроинструментом, сварочным аппаратом или у вас дома работает электронасос, тогда установка устройства компенсации более чем желательна.
Экономический эффект от установки таких устройств ощутимо скажется на вашем семейном бюджете. Вы сможете экономить около 15% средств ежемесячно. Согласитесь, это не так уж мало, учитывая тарифы не электроэнергию.
Попутно вы решите следующие вопросы:
- уменьшение нагрузок на индуктивные элементы и на проводку;
- улучшение качества тока, способствующего стабильной работе электронных устройств;
- понижение уровня высших гармоник в бытовой сети.
Для того чтобы ток и напряжение работали синфазно, устройства компенсации следует размещать как можно ближе к потребителям тока. Тогда реальная отдача индуктивных электроприёмников будет принимать максимальные значения.
Типы синхронных электродвигателей
Cинхронный электродвигатель с обмоткой возбуждения
Синхронный электродвигатель с обмоткой возбуждения имеет явнополюсный ротор с электромагнитным возбуждением. Для создания постоянного магнитного поля ротора требуется источник постоянного тока. Обмотки ротора двигателя соединены с контактными кольцами к которым через щетки подводится постоянный ток. Преимуществом данных двигателей является отсутствие дорогостоящих магнитов, недостатком — наличие щеток и необходимость питания обмоток ротора.
Советуем изучить — Электродвижущая сила (эдс) источника энергии
Cинхронный электродвигатель с постоянными магнитами
Данный двигатель имеет ротор с постоянными магнитами. В отличии от коллекторного двигателя постоянного тока функции коллектора и щеток выполняют полупроводниковые ключи. Имеет такие же преимущества, что и коллекторный двигатель постоянного тока, при этом не требует текущего ремонта (бесщеточный) в процессе эксплуатации. Такой электродвигатель требует сложной системы управления. Бесщеточные синхронные электродвигатели с постоянными магнитами обладают рядом преимуществ над другими двигателями, обладая лучшими показателями: мощность/объем, КПД, момент/инерция и др.
Синхронный реактивный электродвигатель
Синхронный электрический двигатель с ротором из ферромагнитного материала. Принцип действия синхронного реактивного электродвигателя основан на свойствах ферромагнитных тел ориентироваться так, чтобы сцепленный с ним магнитный поток оказался максимальным. Основным преимуществом электродвигателя является: простота и низкая цена изготовления. При одинаковых размерах, реактивный электродвигатель развивает больший момент, чем асинхронный, но имеет более низкий коэффициент мощности. Данный электродвигатель для работы требует систему управления.
Гистерезисный электродвигатель
Синхронный электродвигатель с неявнополюсным гистерезисным ротором. Вращающий момент этого электродвигателя создается за счет магнитного гистерезиса материала ротора. Достоинствами гистерезисных двигателей являются простота устройства, надежность в эксплуатации, отсутствие пусковых приспособлений, плавность втягивания в синхронизм, практически неизменный ток при пуске и работе. К недостаткам можно отнести относительно высокую стоимость материала ротора.
Шаговый электродвигатель
Синхронный бесщеточный электродвигатель, который без устройств обратной связи преобразует сигнал управления в угловое перемещение ротора с фиксацией его в заданном положении. Главное преимущество шаговых электродвигателей — точность, а также возможность осуществлять позиционирование и регулировать скорость без датчика обратной связи.
Пусковой ток двигателя определяется как
где — кратность пускового тока по отношению к номинальному.
Сечение проводов и кабелей до 1 кВ выбираем исходя из условий:
1) по условию нагрева от протекаемого тока
где — поправочный коэффициент на условия прокладки;
2) по условию соответствия аппарату МТЗ (максимальной токовой защиты), установленного в начале линии
где — номинальный ток защитного аппарата, А; — кратность длительного допустимого тока провода по отношению к току срабатывания защиты.
При определении количества проводов, прокладываемых в одной трубе, или жил многожильного проводника, нулевой рабочий проводник, а также заземляющие и нулевые защитные проводники в расчёт не принимаем. Для цеховых электрических сетей принимаем провода и кабели с алюминиевыми жилами, тогда по механической прочности минимальные сечения алюминиевых жил проводов и кабелей внутри помещений не менее 4мм 2 при прокладке на изоляторах, 2,5мм 2 ¾ при других способах прокладки. Проводники с медными жилами применяем во взрывоопасных помещениях классов В1 и В1а, а также в силовых цепях крановых установок. Сечение нулевого и заземляющего провода принимаем равным или большим половины фазного сечения, но не меньше чем того требует механическая прочность.
Приведем пример выбора электродвигателей, пусковых и защитных аппаратов электропривода горизонтально-расточного станка, состоящего из трех двигателей.
1) АИР132М4¾ P=11,0 кВт, h=87,5 %, cosj=0,87, Кп =7,5;
2) АИР112М4¾ Р=5,5 кВт, h=87,5 %, cosj=0,88, Кп =7;
3) АИР80В4¾ Р=1,5 кВт, h=78 %, cosj=0,83, Кп =5,5;
Номинальные токи двигателей по условию (2.10):
Для них по (2.1) выбираем магнитные пускатели:
Согласно (2.2) выберем тепловое реле для первого двигателя
Выбираем тепловое реле типа РТЛ-206104 со средним значением тока теплового реле Iср.т.р. = 27,5 А и номинальным током теплового реле Iном..р. = 80 А.
Для второго электродвигателя
Выбираем тепловое реле типа РТЛ-101604 со средним значением тока теплового реле Iср.т.р. = 12 А и номинальным током теплового реле Iном..р. = 25 А.
Для третьего электродвигателя
Выбираем тепловое реле типа РТЛ-101604 со средним значением тока теплового реле Iср.т.р. =5 А и номинальным током теплового реле Iном..р. = 25 А.
Чтобы определить расчетный ток станка в целом, используем метод определения электрических нагрузок с помощью коэффициента расчетной нагрузки, который будет подробнее изложен далее.
Установленная мощность станка:
По таблице 2.1 для данного станка и .
Эффективное число электроприемников
принимаем при этом по таблицам .
Тогда расчетная мощность станка
Так как . то принимаем за расчетный ток 21,954 А. Пиковый ток станка определяем по формуле (3.2.5)
По условию (3.2.6) выбираем автоматический выключатель в цепи питания:
· первого электродвигателя станка ВА51Г-25 с . По (3.9)
По (3.2.8) ток срабатывания расцепителя . что удовлетворяет условию (3.2.7): ;
· второго двигателя ВА51Г-25 с . . . . ;
· третьего двигателя ВА51Г-25 с . . . . .
По условию (3.2.3) и (3.2.4) выбираем предохранитель типа ПН2-100/100 для защиты станка: и .
Сечение провода, идущего от рассматриваемого станка к распределительному шкафу, выбираем по условиям (3.2.12) и (3.2.13): и . В итоге выбираем по литературе провод АПВ 5(1´8) с .
Для электропривода с одним двигателем расчёт аналогичен трехдвигательному электроприводу, исключение лишь составляет расчётный ток, который принимаем равным номинальному току двигателя. Все расчеты сводятся в таблицы 3.2.3, 3.2.4, 3.2.5 и 3.2.6.
Таблица 3.2.3- Выбор магнитных пускателей и тепловых реле
Рубрика: Электродвигателя 4 комментария
О природе реактивной энергии
Для следующих двух четвертьпериодов вышеописанная история повторяется с тем лишь различием, что токи заряда и разряда емкости потекут в противоположных направлениях. В случае включения вместо конденсатора катушки индуктивности, суть процесса не изменится.
В этом и состоит главный фокус реактивной энергии — в момент ‘прилива’ мы заполняем свои цистерны
, в момент отлива же, мысливаем их содержимое обратно . Как можно заметить из этой простой аналогии, мы просто туда-сюда переливаем жидкость(или ток в электроцепях) . Если же мы соблазнимся слить хоть немного жидкости ‘налево’(включить последовательно с реактивным конденсатором активный резистор) , то мы станем брать‘несколько больше’ чем возвращать, а это‘несколько больше’ уже является активной энергией по определению(ведь мы эту часть не возвращаем обратно, не так ли?) , за которую как известно, приходится платить.
Или иной пример: предположим, что мы берем у кредитора некоторую сумму денег взаймы и сразу же возвращаем ему взятый только что кредит. Если мы отдадим ровно столько, сколько взяли (чистая реактивность) — мы придем к исходному состоянию и никто никому не будет ничего должен. В случае же, если мы потратим часть кредита на какую ни будь покупку и вернем то, что осталось от кредита после совершения покупки (добавим в цепь активную нагрузку и часть энергии уйдет из системы)
— мы будем все еще должны. Эта потраченная часть является активной составляющей взятого нами кредита.
Теперь у вас может возникнуть один весьма резонный вопрос — если все так просто, и для того чтобы энергия считалась реактивной, ее просто нужно полностью вернуть обратно источнику, почему предприятия вынуждены платить за потребляемую (и полностью возвращаемую)
реактивную энергию?
Все дело в том, что в случае чисто реактивной нагрузки, момент максимально потребляемого тока (реактивного)
приходится на момент минимального значения напряжения, и наоборот, в момент максимума напряжения на клеммах нагрузки, протекающий через нее ток равен нулю.
Протекающий реактивный ток греет питающие проводники — но это активные потери, вызванные протеканием реактивного тока по проводникам с ограниченной проводимостью, что эквивалентно последовательно включенным с реактивной нагрузкой активным резистором. Так же, поскольку в момент максимума реактивного тока напряжение на полюсах реактивного элемента переходит через ноль, активная мощность подводимая к нему в этот момент (произведение тока и напряжения)
равна нулю. Вывод — реактивный ток вызывает нагрев проводов, не совершая при этом никакой полезной работы. Следует заметить, что эти потери так-же является активными и будут засчитываться бытовым счетчиком активной энергии.
Большие предприятия сопсобны генерировать достаточно большие реактивные токи, которые отрицательно сказываются на функционировании энергосистемы. По этой причине, для них проводится учет как активной, так и реактивной составляющей потребленной энергии. Для уменьшения генерации реактивных токов (вызывающих вполне реальные активные потери)
, на предприятиях размещают установки компенсации реактивной мощности.
Понятие электрической мощности и способы ее расчета
С электротехнической точки зрения она представляет собой количественное выражение взаимодействия энергии с материалом проводников и элементами при протекании тока в электрической цепи. Из-за наличия электрического сопротивления во всех деталях, задействованных в проведения электротока, направленное движение заряженных частиц встречает препятствие на пути следования. Это и обуславливает столкновение носителей заряда, электроэнергия переходит в другие виды и выделяется в виде излучения, тепла или механической энергии в окружающее пространство. Преобразование одного вида в другой и есть потребляемая мощность прибора или участка электрической цепи.
В зависимости от параметров источника тока и напряжения мощность также имеет отличительные характеристики. В электротехнике обозначается S, P и Q, единица измерения согласно международной системы СИ – ватты. Вычислить мощность можно через различные параметры приборов и электрических приборов. Рассмотрим каждый из них более детально.
Через напряжение и ток
Наиболее актуальный способ, чтобы рассчитать мощность в цепях постоянного тока – это использование данных о силе тока и приложенного напряжения. Для этого вам необходимо использовать формулу расчета: P = U*I
Где:
- P – активная мощность;
- U – напряжение приложенное к участку цепи;
- I — сила тока, протекающего через соответствующий участок.
Этот вариант подходит только для активной нагрузки, где постоянный ток не обеспечивает взаимодействия с реактивной составляющей цепи. Чтобы найти мощность вам нужно выполнить произведение силы тока на напряжение. Обе величины должны находиться в одних единицах измерения – Вольты и Амперы, тогда результат также получится в Ваттах. Можно использовать и другие способы кВ, кА, мВ, мА, мкВ, мкА и т.д., но и параметр мощности пропорционально изменит свой десятичный показатель.
Через напряжение и сопротивление
Для большинства электрических устройств известен такой параметр, как внутреннее сопротивление, которое принимается за константу на весь период их эксплуатации. Так как бытовые или промышленные единицы подключаются к источнику с известным номиналом напряжения, определять мощность достаточно просто. Активная мощность находится из предыдущего соотношения и закона Ома для участка цепи, согласно которого ток на участке прямо пропорционален величине приложенного напряжения и имеет обратную пропорциональность к сопротивлению:
I = U/R
Если выражение для вычисления токовой нагрузки подставить в предыдущую формулу, то получится такое выражение для определения мощности:
P = U*(U/R)=U2/R
Где,
- P – величина нагрузки;
- U – приложенная разность потенциалов;
- R – сопротивление нагрузки.
Через ток и сопротивление
Бывает ситуация, когда разность потенциалов, приложенная к электрическому прибору, неизвестна или требует трудоемких вычислений, что не всегда удобно. Особенно актуален данный вопрос, если несколько устройств подключены последовательно и вам неизвестно, каким образом потребляемая электроэнергия распределяется между ними. Подход в определении здесь ничем не отличается от предыдущего способа, за основу берется базовое утверждение, что электрическая нагрузка рассчитывается как P = U×I, с той разницей, что напряжение нам не известно.
Поэтому ее мы также выведем из закона Ома, согласно которого нам известно, что падение напряжения на каком-либо отрезке линии или электроустановки прямо пропорционально току, протекающему по этому участку и сопротивлению отрезка цепи:
U=I*R
после того как выражение подставить в формулу мощности, получим:
P = (I*R)*I =I2*R
Как видите, мощность будет равна квадрату силы тока умноженной на сопротивление.
Полная мощность в цепи переменного тока
Сети переменного тока кардинально отличаются от постоянного тем, что изменение электрических величин, приводит к появлению не только активной, но и реактивной составляющей. В итоге суммарная мощность будет также состоять активной и реактивной энергии:
Где,
- S – полная мощность
- P – активная составляющая – возникает при взаимодействии электротока с активным сопротивлением;
- Q – реактивная составляющая – возникает при взаимодействии электротока с реактивным сопротивлением.
Также составляющие вычисляются через тригонометрические функции, так:
P = U*I*cosφ
Q = U*I*sinφ
что активно используется в расчете электрических машин.
Рис. 1. Треугольник мощностей
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.
Физика процесса
Когда мы имеем дело с цепями постоянного тока, то говорить о реактивной мощности не приходится. В таких цепях значения мгновенной и полной мощности совпадают. Исключением являются моменты включения и отключения ёмкостных и индуктивных нагрузок.
Похожая ситуация происходит при наличии чисто активных сопротивлений в синусоидальных цепях. Однако если в такую электрическую цепь включены устройства с индуктивными или ёмкостными сопротивлениями, происходит сдвиг фаз по току и напряжению (см. рис.1).
При этом на индуктивностях наблюдается отставание тока по фазе, а на ёмкостных элементах фаза тока сдвигается так, что ток опережает напряжение. В связи с нарушением гармоники тока, полная мощность разлагается на две составляющие. Ёмкостные и индуктивные составляющие называют реактивными, бесполезными. Вторая составляющая состоит из активных мощностей.
Рис. 1. Сдвиг фаз индуктивной нагрузкой
Угол сдвига фаз используется при вычислениях значений активных и реактивных ёмкостных либо индуктивных мощностей. Если угол φ = 0, что имеет место при резистивных нагрузках, то реактивная составляющая отсутствует.
Важно запомнить:
- резистор потребляет исключительно активную мощность, которая выделяется в виде тепла и света;
- катушки индуктивности провоцируют образование реактивной составляющей и возвращают её в виде магнитных полей;
- Ёмкостные элементы (конденсаторы) являются причиной появления реактивных сопротивлений.
Косинус фи или “темная сторона” эффективности индукционных нагревателей
Эффективность индукционных электрических котлов в системах теплоснабжения непосредственно связана с понятием «косинуса фи». Для специалистов-энергетиков вопрос «что такое «косинус фи», конечно, вопросом не является, однако для всех остальных этот термин может показаться непонятным
В этой статье мы разберемся с этим понятием и поймем, почему «косинус фи» индуктивно-кондуктивных нагревателей «Терманик», равный 0,985, – это так важно с точки зрения оценки эффективности индукционных нагревателей. Причем, как обычно, не будем сыпать сложными определениями и формулами, ведь мы хотим разобраться и понять, а не написать курсовую работу!
cosφ — именно так обозначается это понятие – это отношение активной мощности к полной. cosφ не измеряется ни в Ваттах, ни в Герцах – ни в чем, потому как это коэффициент и является относительной величиной. Он может варьироваться от 0 до 1. И чем ближе к 1, тем лучше. Также этот коэффициент называется «коэффициентом мощности».
Откуда же он берется? Введем некоторые понятия. Любой прибор, имеющий в своем составе электрические элементы, создает электромагнитное поле, а для трансформатора или индукционного нагревателя, электромагнитное поле – это то, ради чего и создается прибор, так как если он не будет генерировать магнитное поле, он не будет работать, то есть станет бесполезной железякой. Возьмем, к примеру, индукционный электронагреватель «Терманик 100» с заявленной заводом-изготовителем мощностью 100 кВт. С точки зрения владельца «Терманика» — это нагреватель, который потребляет электроэнергию и производит тепло. А с точки зрения поставщика электроэнергии, «Терманик» — это нагрузка, то есть потребитель мощностью… 102 кВА. Что за разница в показаниях? И почему одна мощность измеряется в кВт, а другая – в кВА?
Дело в том, что в сети переменного тока различают активную, реактивную и полную мощность. Собственно говоря, полная мощность и состоит из двух составляющих – активной и реактивной мощности. Активная мощность – это та самая мощность, потребляя которую, электронагреватель и вырабатывает тепловую энергию, она-то и измеряется в кВт (и для нагревателя «Терманик 100» составляет 100 кВт). Но какая-то часть мощности тратится не на нагрев, а на поддержание работы самого нагревателя. В случае с индукционным нагревателем – на создание и поддержание магнитного поля, без которого он бы не работал вообще. Эта мощность и является «реактивной мощностью». Несмотря на свое название, к работе реактивного двигателя она не имеет никакого отношения. В данном случае, «реактивный» — значит направленный в противоположном от движения электротока направлении. Реактивная мощность измеряется в вольт-амперах реактивных (Вар, кВАр), а общая мощность измеряется в кВА.
Коэффициент мощности, он же cosφ — это отношение активной мощности к полной. Физически он показывает, какая часть полной мощности идет на совершение полезной работы (в нашем случае – на преобразование в тепло), а какая – на поддержание работоспособности самого устройства. Если наш нагреватель обладает коэффициентом мощности 0,985, значит 98,5% мощности идет на нагрев и только 1,5% преобразуется в реактивную мощность.
Так и получается, что 102 кВА х 0,985 = 100 кВт
Реактивная мощность сама по себе не совершает полезную работу, хотя, как ни парадоксально, является необходимой составляющей для ее осуществления. Реактивная мощность возвращается обратно в электросеть.
Реактивная мощность и энергия снижают показатели эффективности энергосистемы, то есть загрузка реактивными токами генераторов электростанций увеличивает расход топлива, растут потери в подводящих сетях и приемниках, увеличивается падение напряжения в сетях. Строго говоря, большая реактивная мощность – это скорее головная боль поставщика электроэнергии
Однако и для потребителя это важно, поскольку, чем меньше реактивной мощности выдает его оборудование, тем меньше нагрузка на понижающие силовые трансформаторы, меньше нагрузка на провода и возможность использования кабелей меньшего сечения, избежание штрафов за низкий cosφ (есть и такие!), ну и, в целом, снижение потребления электроэнергии
Значение коэффициента мощности выше 0,9 говорит о высокой эффективность индукционных нагревателей
Ни для кого не секрет, что индукционный нагреватель небольшой мощности можно собрать и «в гараже», возможно, его даже можно будет эксплуатировать, однако если говорить о промышленном предприятии, где совокупное значение вырабатываемой всеми приборами и устройствами реактивной мощности, чрезвычайно важно, там могут применяться только высокопроизводительные машины с максимальным коэффициентом мощности
Мощность полная, активная, реактивная Инверторы, источники бесперебойного питания, стабилизаторы напряжения, аккумуляторные батареи, обзоры и тестирование
Мощность — работа в единицу времени по перемещению зарядов из А в B за некий период времени. С помощью закона Ома мощность на сопротивлении R можно выразить через ток и напряжение:
P=I*U=I2*R=U2/R
Значение полной мощности S для переменного тока сформировано из корня квадратного суммы квадратов активной и реактивной составляющих. Полную мощность можно рассчитать с помощью активной и реактивной:
S=U*I= P2+Q2
Активная мощность — средняя за определенный период времени, в цепях однофазного синусоидального напряжения
P=U*I*cos φ
Реактивная мощность характеризует нагрузку, созданную колебаниями энергии ЭМПоля в цепи синусоидального переменного напряжения.
Q=U*I*sin φ
Физически — это энергия для перемагничивания короткозамкнутой обмотки асинхронного двигателя во время его работы. Если нагрузка активно-индуктивная, то реактивная мощность будет положительной, если нагрузка активно-ёмкостного характера — отрицательной. Для измерения электрической мощности используют косвенный метод (вольтметр + амперметр), но обычно применяются ваттметры и варметры.
Для полной мощности цепи:
S2=P2+N2
Коэффициент мощности
cos φ ( φ — сдвиг фаз между I (сила тока) и U (напряжение)) — характеризует потребителя переменного напряжения относительно наличия реактивной составляющей. Чем меньше значение коэффициента мощности, тем больше могут вносится нелинейных искажений, тем больше нагреваются провода, увеличиваются потери на трансформаторах, увеличивается плата за электроэнергию и т.д. Хорошие показатели — 0.8-:-1, удовлетворительные — 0.65-:-0.8. Работа при коэффициенте ниже 0.5 не рекомендуется. Чтобы повысить этот коэффициент, используется процесс его коррекции power factor correction (есть пассивный (PPFC) и активный корректор коэффициента мощности (APFC))
Рассчитать мощность для гармонических I (сила тока) и U (напряжение) можно, используя формулы:
1) cos φ=P/S
2) P=U*I*cos φ
3) Q=U*I*sin φ
4) S=U*I= P2+Q2
где Q— реактивная, S — полная, P — активная мощность.
Как повысить коэффициент мощности?
Для коррекции реактивной составляющей полной мощности против индуктивной реактивной составляющей параллельно цепи питания необходимо подключить конденсатор. Обычно используются конденсаторные установки, это позволяет платить меньше за реактивную, то есть не «используемую» мощность.
С целью коррекции нелинейности потребления тока используется дроссель с большой индуктивностью последовательно подключенный к питаемой нагрузке. Он позволяет сгладить импульс и убрать основную (низшую) гармонику.
Бороться с несинусоидальностью (высокочастотные гармоники), способной уменьшать коэффициент мощности, ограничивать применение конденсаторов для борьбы с этим процессом, необходимо с помощью:
— фильтрокомпенсирующих устройств (L-С цепочка)
— подключения нелинейной нагрузки через отдельные трансформаторы
— уменьшения сопротивления питающего участка
— подключения к более мощной системе подачи электроэнергии
Отдельная статья посвящена вопросам повышения качества напряжения.
Тяжело представить, что на самом деле происходит в сети без схематического изображения, поэтому:
Напряжение и ток синфазны (φ=0°, cos φ=1) полностью активная нагрузка. Вся энергия переходит в активную мощность потребляемую нагрузкой.
Расчет на основе баланса мощности
В ряде случаев, например, если конденсаторная установка устанавлена на трансформаторной подстанции, при определении ее мощности необходимо учитывать характеристики снабжающей энергосистемы, то есть трансформатора.
В принятых в СССР в 1974 году «Указаниях по компенсации реактивной мощности в распределительных сетях» были установлены исходные данные для определения мощности компенсирующих устройств, которые определяются предельными величинами реактивной мощности и могут быть переданы потребителю от энергосистемы в режимах наибольших и наименьших реактивных нагрузок (Б.Ю.Липкин. Электроснабжение промышленных предприятий и установок, 1981).
Мощность Q компенсирующего устройства определяется как разность между фактической наибольшей реактивной мощностью Q1 нагрузки потребителя и предельной реактивной мощностью Q2, предоставляемой предприятию энергосистемой по условиям режима ее работы:
Q = Q1 — Q2 = P (tg φ1 — tg φ2)
где P — мощность активной нагрузки потребителя, tg φ1 — фактический (естественный) тангенс угла, соответствующего коэффициенту мощности cos φ1, а tg φ2 — оптимальный (требуемый) тангенс угла, соответствующий коэффициенту мощности, установленному потртебителю условиями снабжающей энергосистемы (трансформатора).
В рассмотренном выше примере активная мощность трансформатора составляет 2500 кВА, а его реактивная мощность (по паспортным данным) — 1900 кВА. В результате, поскольку часть реактивной мощности поставляется трансформатором, компенсации подлежит только разница реактивной мощности в 650 кВА, что более, чем в два раза меньше значения, полученного первым методом.
Реактивная мощность | Все Формулы
Реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи синусоидального переменного тока
Реактивная мощность связана с полной мощностью и активной :
Зная Активную мощность и Полную мощность определяем Реактивную мощность из прямоугольного треугольника
Если рассмотреть Физически «реактивная мощность» — это, энергия, затрачиваемая на перемагничивание короткозамкнутой обмотки асинхронного двигателя при его работе, то есть ЛЮБОЙ асинхронный двигатель потребляет реактивную мощность из сети независимо от момента на своем валу.
Реактивная мощность может быть как положительной величиной (если нагрузка имеет активно-индуктивный характер), так и отрицательной (если нагрузка имеет активно-ёмкостный характер). Данное обстоятельство подчёркивает тот факт, что реактивная мощность не участвует в работе электрического тока. Отрицательное значение активной мощности нагрузки характеризовало бы нагрузку как генератор энергии. Активное, индуктивное, ёмкостное сопротивление не могут быть источниками постоянной энергии.
Так же есть :
Полная мощность тока
Активная мощность тока
В формуле мы использовали :
Q — Реактивная мощность
U — Напряжение в цепи
I — Сила тока
— Угол сдвига фаз
S — Полная мощность тока
P — Активная мощность тока
ВКЛЮЧЕНИЕ ПРИЕМНИКОВ ЭНЕРГИИ В СЕТЬ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА
Электрические лампы изготовляются на номинальные напряжения 127 и 220 в, а трехфазные электродвигатели на номинальные фазные напряжения 127, 220 и 380 в
и выше.
Способ включения приемника в сеть трехфазного тока зависит от линейного напряжения сети и от номинального напряжения приемника.
Лампы с номинальным напряжением 127 в
включаются треугольником при линейном напряжении сети 127в и звездой с нейтральным проводом при линейном напряжений сета 220в. Лампы с номинальным напряжением 220в включаются треугольником в сеть с линейным напряжением 220в и звездой с нейтральным проводом в сеть с линейным напряжением 380в. Трехфазный электродвигатель включается треугольником в сеть, линейное напряжение которой равно номинальному фазному напряжению электродвигателя. Если линейное напряжение сети превышает в √3 раз номинальное фазное напряжение электродвигателя, то он включается звездой.
Статья на тему Соединение приемников энергии треугольником
