Još jednom o snazi: aktivna, reaktivna, prividna (P, Q, S), kao i faktor snage (PF). Formula trenutne snage

Snaga električne struje je brzina rada koji obavlja kolo. Jednostavna definicija, problem sa razumijevanjem. Snaga se dijeli na aktivnu, reaktivnu. I počinje...

Rad električne struje, snage

Kada se naelektrisanje kreće duž provodnika, polje radi na njemu. Vrijednost karakterizira stres, za razliku od napetosti u slobodnom prostoru. Naboji se kreću u smjeru opadanja potencijala, a za održavanje procesa potreban je izvor energije. Napon je numerički jednak radu polja pri kretanju u području jednog naboja (1 C). U toku interakcija, električna energija se pretvara u druge oblike. Stoga je neophodno uvesti univerzalnu jedinicu, fizičku slobodno konvertibilnu valutu. U tijelu ATP djeluje kao mjera, elektricitet - rad polja.

Električni luk

Na dijagramu je trenutak konverzije energije prikazan u obliku EMF izvora. Ako su generatori usmjereni u jednom smjeru, potrošač - nužno u drugom. Jasna činjenica odražava proces potrošnje energije, odabira iz izvora energije. EMF ima suprotan predznak, koji se često naziva povratni EMF. Izbjegavajte brkanje koncepta s fenomenom koji se javlja u induktorima kada je napajanje isključeno. Povratni EMF znači prijelaz električne energije u hemijsku, mehaničku, svjetlosnu.

Potrošač želi da obavi posao u nekoj jedinici vremena. Očigledno, kosilica ne namjerava čekati zimu, nadajući se da će završiti do večere. Snaga izvora mora osigurati specificiranu brzinu izvršenja. Rad se izvodi električnom strujom, stoga se koncept također primjenjuje. Snaga može biti aktivna, reaktivna, korisna i gubici snage. Područja označena fizičkim krugovima sa otporima su štetna u praksi, to su troškovi. Toplina se stvara na otpornicima vodiča, Joule-Lenzov efekat dovodi do prekomjerne potrošnje energije. Izuzetak su aparati za grijanje, gdje je pojava poželjna.

Koristan rad na fizičkim kolima je označen povratnom emf (konvencionalni izvor sa smjerom suprotnim od generatora). Postoji nekoliko analitičkih izraza za moć. Ponekad je zgodno koristiti jedan, u drugim slučajevima - drugi (vidi sliku):

Trenutni izrazi moći

1. Snaga je brzina kojom se rad obavlja.
2. Snaga je jednaka proizvodu napona i struje.
3. Snaga koja se troši na termičko djelovanje jednaka je proizvodu otpora i kvadrata struje.
4. Snaga koja se troši na termičko djelovanje jednaka je omjeru kvadrata napona i otpora.

Za opskrbljenu strujnu stezaljku je lakše koristiti drugu formulu. Bez obzira na prirodu opterećenja, izračunavamo snagu. Samo aktivan. Snaga je određena mnogim faktorima, uključujući temperaturu. Pod nominalnom vrijednošću uređaja podrazumijevamo vrijednost razvijenu u stacionarnom stanju. Za grijače treba koristiti treću, četvrtu formulu. Snaga u potpunosti ovisi o parametrima opskrbne mreže. Dizajniran za rad sa 110 volti AC u evropskim uslovima brzo će pregorjeti.

Trofazna kola

Za početnike trofazni krugovi izgledaju komplicirano, u stvari, ovo je elegantnije tehničko rješenje. Čak se i struja dovodi do kuće preko tri vodova. Iznutra ulaz je podijeljen na stanove. Još više zbunjuje to što su neki trofazni uređaji lišeni uzemljenja, neutralne žice. Krugovi sa izolovanim neutralnim elementom. Neutralna žica nije potrebna, struja se vraća izvoru kroz fazne vodove. Naravno, opterećenje na svakom jezgru je povećano. Zahtjevi PUE posebno propisuju vrstu mreže. Za trofazna kola uvode se sljedeći koncepti o kojima morate imati ideju kako biste ispravno izračunali snagu:

Trofazni krug sa izolovanim neutralnim elementom

• Fazni napon, struja naziva se, respektivno, razlika potencijala i brzina kretanja naboja između faze i neutralnog. Jasno je da će u gore navedenom slučaju sa potpunom izolacijom formule biti nevažeće. Jer nema neutralnog.
• Linearni napon, odnosno struja naziva se razlika potencijala ili brzina kretanja naboja između bilo koje dvije faze. Brojevi su jasni iz konteksta. Kada se govori o mrežama od 400 volti, misli se na tri žice, razlika potencijala sa neutralnim je 230 volti. Linijski napon je veći od faznog napona.

Postoji fazni pomak između napona i struje. O čemu školska fizika ćuti. Faze se poklapaju ako je opterećenje 100% aktivno (jednostavni otpornici). Inače dolazi do pomaka. U induktivnoj struji zaostaje za naponom za 90 stepeni, u kapacitivnosti vodi. Jednostavnu istinu je lako zapamtiti na sljedeći način (glatki pristup reaktivnoj snazi). Imaginarni dio otpora induktivnosti je jωL, gdje je ω kružna frekvencija jednaka uobičajenoj (u Hz) pomnožena sa 2 Pi broja; j je operator koji označava smjer vektora. Sada pišemo Ohmov zakon: U = I R = I jωL.

To se vidi iz jednakosti: napon se mora podići za 90 stepeni prilikom crtanja dijagrama, struja će ostati na osi apscise (horizontalna X osa). Rotacija prema pravilima radiotehnike je u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. Sada je činjenica očigledna: struja zaostaje za 90 stepeni. Po analogiji ćemo uporediti za kondenzator. Otpor naizmjeničnom strujom u zamišljenom obliku izgleda ovako: -j / ωL, znak označava: napon će se morati položiti, okomito na osu apscise. Dakle, struja vodi u fazi za 90 stepeni.

U stvarnosti, paralelno sa imaginarnim dijelom, postoji i pravi - zove se aktivni otpor. Žica zavojnice je predstavljena otpornikom, koji se uvija, poprima induktivna svojstva. Dakle, stvarni fazni ugao neće biti 90 stepeni, malo manji.

A sada možete prijeći na formule za trenutnu snagu trofaznih krugova. Ovdje linija formira fazni pomak. Između napona i struje, iu odnosu na drugu liniju. Slažem se, bez znanja koje su autori pažljivo prikazali, činjenica se ne može shvatiti. Između linija industrijske trofazne mreže, pomak od 120 stepeni (pun okret je 360 ​​stepeni). Omogućit će ujednačenost rotacije polja u motorima, za obične potrošače je svejedno. Pogodnije je za hidroelektrične generatore - opterećenje je uravnoteženo. Pomak ide između linija, u svakoj struja vodi napon ili zaostaje:

1. Ako je linija simetrična, strujni pomaci između bilo koje faze su 120 stepeni, formula je izuzetno jednostavna. Ali! Ako je opterećenje simetrično. Pogledajmo sliku: faza f nije 120 stepeni, ona karakteriše pomak između napona i struje svake linije. Pretpostavlja se da su upalili motor sa tri ekvivalentna namotaja, dobije se ovaj rezultat. Ako je opterećenje neuravnoteženo, potrudite se da izvršite proračune za svaku liniju posebno, a zatim zbrojite rezultate kako biste dobili ukupnu struju.
2. Druga grupa formula data je za trofazna kola sa izolovanim neutralnim elementom. Pretpostavlja se da struja iz jedne linije teče kroz drugu. Neutralno nedostaje kao nepotrebno. Dakle, naponi se ne uzimaju fazni (nema čega da se računaju), kao u prethodnoj formuli, već linearni. U skladu s tim, brojevi pokazuju koji parametar treba uzeti. Prestanite da se plašite grčkih slova - faza između dva pomnožena parametra. Brojevi se zamjenjuju (1.2 ili 2.1) kako bi se znak ispravno obračunao.
3. U asimetričnom kolu ponovo se pojavljuju fazni napon i struja. Ovdje se proračun vrši zasebno za svaku liniju. Nema opcija.

U praksi mjerite snagu struje

Nagovještaj, možete koristiti trenutne stezaljke. Uređaj će vam omogućiti da odredite parametre krstarenja bušilice. Ubrzanje se može detektovati samo sa više eksperimenata, proces je izuzetno brz, učestalost promene prikaza nije veća od 3 puta u sekundi. Trenutne stezaljke pokazuju grešku. Praksa pokazuje da je teško postići grešku naznačenu u pasošu.

Češće se koriste brojila za procjenu snage (za plaćanja kompanijama dobavljačima), vatmetri (za lične i radne svrhe). Pokazivač sadrži par fiksnih zavojnica, kroz koje teče struja kola, pokretni okvir, za indukciju napona paralelnim povezivanjem tereta. Dizajn je dizajniran da odmah implementira formulu pune snage (vidi sliku). Struja se množi sa naponom i određenim koeficijentom koji uzima u obzir gradaciju skale, također sa kosinusom faznog pomaka između parametara. Kao što je gore spomenuto, pomak se uklapa unutar 90 - minus 90 stupnjeva, stoga je kosinus pozitivan, obrtni moment strelice usmjeren je u jednom smjeru.

Ne postoji način da se utvrdi da li je opterećenje induktivno ili kapacitivno. Ali ako je pogrešno spojen na krug, očitanja će biti negativna (blokada sa strane). Sličan događaj će se dogoditi ako potrošač iznenada počne vraćati struju u opterećenje (događa se). U modernim uređajima se događa nešto slično, proračune obavlja elektronski modul koji integrira potrošnju energije, ili očitava očitanja snage. Umjesto strelice, tu je elektronski indikator i mnoge druge korisne opcije.

Posebne probleme izazivaju mjerenja u asimetričnim kolima sa izolovanim neutralnim elementom, gdje je nemoguće direktno sabrati snage svake linije. Vatmetri dijele princip rada:

1. Elektrodinamički. Opisano u odjeljku. Sastoje se od jednog pokretnog i dva fiksna namotaja.
2. Ferodinamički. Podsjeća me na motor sa zasjenjenim polovima.
3. Sa kvadratom. Amplitudno-frekvencijska karakteristika nelinearnog elementa (na primjer, diode), koja liči na parabolu, koristi se za kvadratiranje električne veličine (koja se koristi u proračunima).
4. Sa Hall senzorom. Ako se indukcija vrši pomoću zavojnice proporcionalne naponu magnetnog polja u senzoru, primjeni struju, EMF će biti rezultat množenja te dvije veličine. Željena vrijednost.
5. Komparatori. Postepeno povećava referentni signal dok se ne postigne paritet. Digitalni instrumenti postižu visoku preciznost.

U krugovima sa jakim faznim pomakom, sinusni vatmetar se koristi za procjenu gubitaka. Dizajn je sličan razmatranom, prostorni položaj je takav da se računa reaktivna snaga (vidi sliku). U ovom slučaju, proizvod struje i napona se množi sa sinusom faznog ugla. Reaktivnu snagu mjerimo konvencionalnim (aktivnim) vatmetrom. Postoji nekoliko metoda. Na primjer, u trofaznom simetričnom krugu morate uključiti serijski namotaj u jednu liniju, a paralelni namotaj u dva druga. Zatim se vrše proračuni: očitanja instrumenta se množe s korijenom od tri (uzimajući u obzir da je proizvod struje, napona i sinusa ugla između njih na indikatoru).

Za trofazni krug s jednostavnom asimetrijom, zadatak postaje složeniji. Na slici je prikazana tehnika dva vatmetra (ferodinamička ili elektrodinamička). Početak namotaja označen je zvjezdicama. Struja prolazi kroz seriju, napon iz dvije faze se primjenjuje na paralelu (jedna kroz otpornik). Dodaje se algebarski zbir očitavanja oba vatmetra, pomnožen korijenom od tri da bi se dobila vrijednost reaktivne snage.

Iz pisma klijenta:
Reci mi, zaboga, zašto je snaga UPS-a naznačena u volt-amperima, a ne u uobičajenim kilovatima za sve. Veoma je stresno. Uostalom, svi su odavno navikli na kilovate. Da, i snaga svih uređaja uglavnom je naznačena u kW.
Aleksej. 21. juna 2007

Tehničke specifikacije bilo kojeg UPS-a ukazuju na prividnu snagu [kVA] i aktivnu snagu [kW] - one karakterišu kapacitet opterećenja UPS-a. Primjer, pogledajte slike ispod:

Snaga nije svih uređaja naznačena u W, na primjer:

• Snaga transformatora je prikazana u VA:
  http://www.mstator.ru/products/sonstige/powertransf (TP transformatori: pogledajte prilog)
  http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (TSGL transformatori: vidi prilog)
• Snaga kondenzatora je naznačena u Vars:
  http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (kondenzatori K78-39: vidi dodatak)
  http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (UK kondenzatori: vidi prilog)
• Za primjere drugih opterećenja, pogledajte dodatke ispod.

Karakteristike snage opterećenja mogu se precizno podesiti jednim jedinim parametrom (aktivna snaga u W) samo za slučaj istosmjerne struje, jer postoji samo jedna vrsta otpora u kolu jednosmjerne struje - aktivni otpor.

Karakteristike snage opterećenja za slučaj naizmjenične struje ne mogu se precizno specificirati jednim jedinim parametrom, budući da postoje dvije različite vrste otpora u kolu naizmjenične struje - aktivni i reaktivni. Dakle, samo dva parametra: aktivna snaga i reaktivna snaga precizno karakteriziraju opterećenje.

Princip rada aktivnih i reaktivnih otpora je potpuno drugačiji. Aktivni otpor - nepovratno pretvara električnu energiju u druge vrste energije (toplotnu, svjetlosnu, itd.) - primjeri: žarulja sa žarnom niti, električni grijač (paragraf 39, razred fizike 11 V.A. Kasyanov M .: Bustard, 2007).

Reaktancija - naizmjenično akumulira energiju, a zatim je vraća u mrežu - primjeri: kondenzator, induktor (paragraf 40.41, 11. razred fizike V.A. Kasyanov M.: Bustard, 2007).

Dalje možete pročitati u bilo kojem udžbeniku elektrotehnike da se aktivna snaga (disipana u omskom otporu) mjeri u vatima, a reaktivna snaga (kruži kroz reaktanciju) mjeri u varsima; još dva parametra se također koriste za karakterizaciju snage opterećenja: ukupna snaga i faktor snage. Sve ove 4 opcije:

1. Aktivna snaga: oznaka P, jedinica: Watt
2. Reaktivna snaga: oznaka Q, jedinica: VAR(Volt Amper reaktivan)
3. Bruto snaga: oznaka S, jedinica: VA(volt amp)
4. Faktor snage: oznaka k ili cosF, jedinica mjere: bezdimenzionalna količina

Ovi parametri su povezani relacijama: S*S=P*P+Q*Q, cosF=k=P/S

Također cosF se naziva faktor snage ( faktor snage – PF)

Stoga su u elektrotehnici bilo koja dva od ovih parametara data za karakteristike snage, pošto se ostatak može naći iz ova dva.

Na primjer, elektromotori, lampe (pražnjenje) - u njima. podaci su P[kW] i cosF:
http://www.mez.by/dvigatel/air_table2.shtml (AIR motori: vidi prilog)
http://www.mscom.ru/katalog.php?num=38 (DRL lampe: vidi dodatak)
(pogledajte dodatak ispod za primjere tehničkih podataka za različita opterećenja)

Isto je i sa napajanjima. Njihovu snagu (nosivost) karakteriše jedan parametar za izvore jednosmerne struje - aktivna snaga (W), i dva parametra za izvor. AC napajanje. Obično su ova dva parametra prividna snaga (VA) i aktivna snaga (W). Pogledajte na primjer parametre generatora i UPS-a.

Većina kancelarijskih i kućanskih aparata je aktivna (nema ili je mala reaktanca), pa je njihova snaga naznačena u vatima. U ovom slučaju, prilikom izračunavanja opterećenja, koristi se vrijednost snage UPS-a u vatima. Ako su opterećenje računari sa izvorima napajanja (PSU) bez korekcije ulaznog faktora snage (APFC), laserski štampač, frižider, klima uređaj, električni motor (na primer, potopljena pumpa ili motor kao deo mašine) , fluorescentne balastne lampe itd., svi izlazi se koriste u proračunu. Podaci UPS-a: kVA, kW, karakteristike preopterećenja, itd.

Pogledajte udžbenike elektrotehnike, na primjer:

1. Evdokimov F. E. Teorijske osnove elektrotehnike. - M.: Izdavački centar "Akademija", 2004.

2. Nemtsov M. V. Elektrotehnika i elektronika. - M.: Izdavački centar "Akademija", 2007.

3. Častojedov L. A. Elektrotehnika. - M.: Viša škola, 1989.

Vidi također AC napajanje, faktor snage, električni otpor, reaktancija http://en.wikipedia.org
(prevod: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)

Dodatak

Primjer 1: Snaga transformatora i autotransformatora je prikazana u VA (Volt Amps)

http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (TSGL transformatori)

http://www.gstransformers.com/products/voltage-regulators.html (LATR / laboratorijski autotransformatori TDGC2)

Primjer 2: snaga kondenzatora je naznačena u Vars (Volt Amperes reaktivan)

http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (kondenzatori K78-39)

http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (UK kondenzatori)

Primjer 3: tehnički podaci elektromotora sadrže aktivnu snagu (kW) i cosF

Za opterećenja kao što su elektromotori, lampe (pražnjenje), kompjuterska napajanja, kombinovana opterećenja, itd. - tehnički podaci ukazuju na P [kW] i cosF (aktivna snaga i faktor snage) ili S [kVA] i cosF (prividna snaga i faktor snage snaga).

http://www.weiku.com/products/10359463/Stainless_Steel_cutting_machine.html
(kombinovano opterećenje - mašina za plazma rezanje čelika / Inverter plazma rezač LGK160 (IGBT)

http://www.silverstonetek.com.tw/product.php?pid=365&area=en (PC napajanje)

Dodatak 1

Ako opterećenje ima visok faktor snage (0,8 ... 1,0), tada se njegova svojstva približavaju aktivnom opterećenju. Takvo opterećenje je idealno i za mrežnu liniju i za izvore napajanja, jer. ne stvara reaktivne struje i snage u sistemu.

Stoga su u mnogim zemljama usvojeni standardi koji normaliziraju faktor snage opreme.

Dodatak 2

Oprema sa jednim opterećenjem (na primjer, PC napajanje) i višekomponentna kombinovana oprema (na primjer, industrijska glodalica koja uključuje nekoliko motora, PC, rasvjetu, itd.) imaju niske faktore snage (manje od 0,8) od unutrašnje jedinice (na primjer, PC ispravljač za napajanje ili elektromotor imaju faktor snage 0,6 .. 0,8). Stoga, trenutno većina opreme ima korektor ulaznog faktora snage. U ovom slučaju, faktor ulazne snage je 0,9 ... 1,0, što je u skladu sa regulatornim standardima.

Dodatak 3. Važna napomena u vezi sa faktorom snage UPS-a i stabilizatora napona

Kapacitet opterećenja UPS i DGU je normalizovan na standardno industrijsko opterećenje (faktor snage 0,8 sa induktivnim karakterom). Na primjer, UPS 100 kVA / 80 kW. To znači da uređaj može isporučiti maksimalnu snagu od 80kW aktivnog opterećenja, ili 100kVA mješovitog (aktivno-reaktivnog) opterećenja s induktivnim faktorom snage 0,8.

Kod stabilizatora napona situacija je drugačija. Za stabilizator, faktor snage opterećenja je indiferentan. Na primjer, regulator napona od 100 kVA. To znači da uređaj može napajati aktivno opterećenje maksimalne snage 100 kW, ili bilo koju drugu (čisto aktivnu, čisto reaktivnu, mješovitu) snagu od 100 kVA ili 100 kVAr sa bilo kojim kapacitivnim ili induktivnim faktorom snage. Imajte na umu da ovo vrijedi za linearno opterećenje (bez viših strujnih harmonika). Sa velikim harmonijskim izobličenjem struje opterećenja (visoki THD), izlazna snaga stabilizatora je smanjena.

Dodatak 4

Ilustrativni primjeri čistog otpornog i čistog reaktivnog opterećenja:

• Lampa sa žarnom niti od 100 W priključena je na AC mrežu od 220 VAC - struja provodljivosti postoji svuda u kolu (kroz žičane provodnike i volframove dlake lampe). Karakteristike opterećenja (sijalice): snaga S=P~=100 VA=100 W, PF=1 => sva električna energija je aktivna, što znači da se potpuno apsorbuje u lampi i pretvara u toplotnu i svetlosnu snagu.
• Nepolarni kondenzator od 7 uF spojen je na 220 VAC AC mrežu - u strujnom krugu postoji struja provodljivosti, struja prednapona teče unutar kondenzatora (kroz dielektrik). Karakteristike opterećenja (kondenzatora): snaga S=Q~=100 VA=100 VAR, PF=0 => sva električna energija je reaktivna, što znači da konstantno cirkuliše od izvora do opterećenja i nazad, opet do opterećenja, itd.

Dodatak 5

Za ukazivanje na preovlađujuću reaktanciju (induktivnu ili kapacitivnu), predznak se dodjeljuje faktoru snage:

+ (plus)– ako je ukupna reaktancija induktivna (primjer: PF=+0,5). Trenutna faza zaostaje za fazom napona za ugao F.

- (oduzeti)– ako je ukupna reaktancija kapacitivna (primjer: PF=-0,5). Faza struje vodi fazu napona za ugao F.

Dodatak 6

Dodatna pitanja

Pitanje 1:
Zašto svi udžbenici elektrotehnike koriste imaginarne brojeve/veličine (na primjer, reaktivnu snagu, reaktanciju, itd.) koji u stvarnosti ne postoje kada se računaju naizmjenična kola?

odgovor:
Da, sve pojedinačne količine u okolnom svijetu su stvarne. Uključujući temperaturu, reaktanciju itd. Upotreba imaginarnih (složenih) brojeva je samo matematički trik koji olakšava proračune. Rezultat izračuna je nužno realan broj. Primjer: reaktivna snaga opterećenja (kondenzatora) od 20 kvar je stvarni tok energije, odnosno stvarni vati koji kruže u krugu izvor-opterećenje. Ali da bi razlikovali ove Vate od Vata koje nepovratno apsorbuje opterećenje, ovi "kružni Vati" odlučili su nazvati Volt·Ampere reaktivnim.

komentar:
Ranije su se u fizici koristile samo pojedinačne veličine, a u proračunu su sve matematičke veličine odgovarale stvarnim količinama okolnog svijeta. Na primjer, udaljenost je jednaka brzini puta vremenu (S=v*t). Zatim se razvojem fizike, odnosno proučavanjem složenijih objekata (svjetlost, valovi, naizmjenična električna struja, atom, prostor itd.), pojavio toliki broj fizičkih veličina da je postalo nemoguće izračunati svaku zasebno. . Ovo nije samo problem ručnog proračuna, već i problem kompajliranja kompjuterskih programa. Da bi se riješio ovaj problem, bliske pojedinačne vrijednosti počele su se kombinirati u složenije (uključujući 2 ili više pojedinačnih vrijednosti), poštujući zakone transformacije poznatih u matematici. Tako su se pojavile skalarne (pojedinačne) veličine (temperatura itd.), vektorske i kompleksne dualne (impedansa itd.), vektorske trostruke (vektor magnetskog polja itd.) i složenije veličine - matrice i tenzori (tenzor dielektrične permitivnosti , tenzor Ricci i drugi). Da bi se pojednostavili proračuni u elektrotehnici, koriste se sljedeće imaginarne (kompleksne) dualne veličine:

1. Impedansa (impedansa) Z=R+iX
2. Prividna snaga S=P+iQ
3. Dielektrična konstanta e=e"+ie"
4. Magnetna permeabilnost m=m"+im"
5. i sl.

2. pitanje:

Stranica http://en.wikipedia.org/wiki/Ac_power prikazuje S P Q F na kompleksnoj, odnosno imaginarnoj/nepostojećoj ravni. Kakve sve ovo ima veze sa realnošću?

odgovor:
Teško je izvršiti proračune sa stvarnim sinusoidama, pa se radi pojednostavljenja proračuna koristi vektorska (kompleksna) reprezentacija, kao na sl. iznad. Ali to ne znači da S P Q prikazani na slici nisu povezani sa stvarnošću. Stvarne vrijednosti S P Q mogu se predstaviti na uobičajen način, na osnovu mjerenja sinusnih signala osciloskopom. Vrijednosti S P Q F I U u AC krugu izvornog opterećenja zavise od opterećenja. Ispod je primjer realnih sinusoidnih signala S P Q i F za slučaj opterećenja koji se sastoji od serijski povezanih aktivnih i reaktivnih (induktivnih) otpora.

pitanje 3:
Sa konvencionalnim strujnim stezaljkama i multimetrom izmjerena je struja opterećenja od 10 A, a napon na opterećenju bio je 225 V. Pomnožimo i dobijemo snagu opterećenja u W: 10 A 225 V = 2250 W.

odgovor:
Dobili ste (izračunali) ukupnu snagu opterećenja od 2250 VA. Stoga će vaš odgovor vrijediti samo ako je vaše opterećenje isključivo otporno, tada je Volt Amp zaista jednak Watt-u. Za sve druge vrste opterećenja (na primjer, električni motor) - ne. Da biste izmjerili sve karakteristike bilo kojeg proizvoljnog opterećenja, morate koristiti mrežni analizator, kao što je APPA137:

Pogledajte dodatnu literaturu, na primjer:

Evdokimov F. E. Teorijske osnove elektrotehnike. - M.: Izdavački centar "Akademija", 2004.

Nemcov M.V. Elektrotehnika i elektronika. - M.: Izdavački centar "Akademija", 2007.

Častojedov L.A. Elektrotehnika. - M.: Viša škola, 1989.

AC snaga, faktor snage, električni otpor, reaktansa
http://en.wikipedia.org (prijevod: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)

Teorija i proračun transformatora male snage Yu.N. Starodubtsev / RadioSoft Moskva 2005 / rev d25d5r4feb2013

Priključivanje na kućnu ili industrijsku električnu mrežu potrošača čija je snaga veća od one za koju je kabel ili žica namijenjena je prepuna najneugodnijih, a ponekad i katastrofalnih posljedica. Uz pravilnu organizaciju električnih instalacija unutar stana, prekidači će stalno raditi ili će osigurači (utikači) eksplodirati.

Ako zaštita nije urađena ispravno ili uopće nije napravljena, to može dovesti do:

• do pregaranja dovodne žice ili kabla;
• topljenje izolacije i kratki spoj između žica;
• pregrijavanje bakarnih ili aluminijskih kabelskih žila i požar.

Stoga je prije priključenja potrošača na električnu mrežu poželjno znati ne samo njegovu nazivnu električnu snagu, već i struju koja se troši iz mreže.

Proračun potrošnje energije

Formula za izračunavanje snage po struji i naponu poznata je iz školskog predmeta fizike. Proračun snage električne struje (u vatima) za jednofaznu mrežu vrši se prema izrazu:

• gdje je U napon u voltima
• I - struja u amperima;
• Cosφ - faktor snage, u zavisnosti od prirode opterećenja.

Može se postaviti pitanje - zašto nam je potrebna formula za izračunavanje snage po struji, kada se može pronaći iz pasoša povezanog uređaja? Određivanje električnih parametara, uključujući potrošnju snage i struje, neophodno je u fazi projektovanja električnog ožičenja. Presjek žice ili kabela određen je maksimalnom strujom koja teče u mreži. Da biste izračunali struju po snazi, možete koristiti pretvorenu formulu:

Faktor snage ovisi o vrsti opterećenja (aktivno ili reaktivno). Za proračune domaćinstava, njegova vrijednost se preporučuje da se uzme jednaka 0,90 ... 0,95. Međutim, pri povezivanju električnih peći, grijača, žarulja sa žarnom niti, čije se opterećenje smatra aktivnim, ovaj koeficijent se može smatrati jednakim 1.

Gore navedene formule za izračunavanje snage po struji i naponu mogu se koristiti za jednofaznu mrežu napona od 220,0 volti. Za trofaznu mrežu imaju malo izmijenjen izgled.

Proračun snage trofaznih potrošača

Određivanje potrošnje energije za trofaznu mrežu ima svoje specifičnosti. Formula za izračunavanje snage električne struje trofaznih kućnih potrošača je:

P=3,00,5×U×I×Cosφ ili 1,73×U×I×Cosφ,

Karakteristike proračuna

Gore navedene formule služe za pojednostavljene proračune domaćinstava. Prilikom određivanja efektivnih parametara potrebno je uzeti u obzir stvarnu vezu. Tipičan primjer je proračun potrošnje energije iz baterije. Budući da struja u kolu teče konstantno, faktor snage se ne uzima u obzir, jer priroda opterećenja ne utječe na potrošnju energije. A za aktivne i reaktivne potrošače, njegova se vrijednost uzima jednaka 1,0.

Druga nijansa koju treba uzeti u obzir prilikom provođenja električnih proračuna u domaćinstvu je stvarna vrijednost napona. Nije tajna da u ruralnim područjima napon mreže može varirati u prilično širokom rasponu. Stoga, kada koristite formule za izračunavanje, potrebno je zamijeniti stvarne vrijednosti parametara u njima.

Zadatak proračuna trofaznih potrošača još je teži. Prilikom određivanja struje koja teče u mreži, potrebno je dodatno uzeti u obzir vrstu priključka - "zvijezda" ili "trokut".

Prilikom projektiranja električnog ožičenja u prostoriji, morate započeti s izračunavanjem jačine struje u krugovima. Greška u ovom proračunu može biti skupa. Električna utičnica se može rastopiti ako je struja prejaka za nju. Ako je struja u kabelu veća od one izračunate za dati materijal i poprečni presjek jezgre, ožičenje će se pregrijati, što može dovesti do topljenja žice, loma ili kratkog spoja u mreži s neugodnim posljedicama, među kojima potreba za potpunom zamjenom električnih instalacija nije najgora.

Poznavanje jačine struje u strujnom kolu neophodno je i za izbor prekidača, koji treba da obezbede adekvatnu zaštitu od preopterećenja mreže. Ako mašina stoji s velikom marginom po nominalnoj vrijednosti, do trenutka kada se pokrene, oprema može već biti pokvarena. Ali ako je nazivna struja prekidača manja od struje koja se javlja u mreži pri vršnom opterećenju, mašina će vas izluditi, konstantno isključujući struju iz prostorije kada uključite peglu ili čajnik.

Formula za izračunavanje snage električne struje

Prema Ohmovom zakonu, struja (I) je proporcionalna naponu (U) i obrnuto proporcionalna otporu (R), a snaga (P) se računa kao proizvod napona i struje. Na osnovu toga izračunava se struja u mrežnom dijelu: I = P / U.

U realnim uslovima formuli se dodaje još jedna komponenta i formula za jednofaznu mrežu ima oblik:

i za trofaznu mrežu: I \u003d P / (1,73 * U * cos φ),

gdje se pretpostavlja da je U za trofaznu mrežu 380 V, cos φ je faktor snage, koji odražava omjer aktivne i reaktivne komponente otpora opterećenja.

Za moderna napajanja, reaktivna komponenta je beznačajna, vrijednost cos φ se može uzeti jednakom 0,95. Izuzetak su snažni transformatori (na primjer, aparati za zavarivanje) i električni motori, oni imaju veliki induktivni otpor. U mrežama u kojima se planira spajanje ovakvih uređaja, maksimalnu jačinu struje treba izračunati koristeći faktor cos φ od 0,8, ili jačinu struje izračunati standardnom metodom, a zatim množiti faktor 0,95 / 0,8 = 1,19 biti primijenjen.

Zamjenom efektivnih vrijednosti napona od 220 V / 380 V i faktora snage 0,95, dobijamo I = P / 209 za jednofaznu mrežu i I = P / 624 za trofaznu mrežu, odnosno u trofaznoj mreži sa istim opterećenjem struja je tri puta manja. Ovdje nema paradoksa, jer trofazno ožičenje predviđa trofazne žice, a s ujednačenim opterećenjem na svakoj od faza, podijeljeno je na tri. Budući da je napon između svake faze i radnih neutralnih žica 220 V, formula se također može prepisati u drugom obliku, tako da je jasnije: I = P / (3 * 220 * cos φ).

Odabiremo nazivnu snagu prekidača

Primjenom formule I = P / 209, dobivamo da će s opterećenjem snage 1 kW struja u jednofaznoj mreži biti 4,78 A. Napon u našim mrežama nije uvijek točno 220 V, pa je neće biti velika greška izračunati jačinu struje sa malom marginom od 5 A za svaki kilovat opterećenja. Odmah je jasno da se ne preporučuje uključivanje glačala snage 1,5 kW u produžni kabel s oznakom "5 A", jer će struja biti jedan i pol puta veća od vrijednosti pasoša. I možete odmah "kalibrirati" standardne ocjene mašina i odrediti za koje opterećenje su dizajnirane:

• 6 A - 1,2 kW;
• 8 A - 1,6 kW;
• 10 A - 2 kW;
• 16 A - 3,2 kW;
• 20 A - 4 kW;
• 25 A - 5 kW;
• 32 A - 6,4 kW;
• 40 A - 8 kW;
• 50 A - 10 kW;
• 63 A - 12,6 kW;
• 80 A - 16 kW;
• 100 A - 20 kW.

Koristeći tehniku ​​"5 ampera po kilovatu" možete procijeniti jačinu struje koja se javlja u mreži pri povezivanju kućanskih uređaja. Zanimaju nas vršna opterećenja na mreži, tako da za proračun treba koristiti maksimalnu potrošnju energije, a ne prosjek. Ove informacije su sadržane u dokumentaciji proizvoda. Teško da se isplati sami izračunati ovaj pokazatelj, zbrajajući kapacitete kompresora, elektromotora i grijaćih elemenata uključenih u uređaj, sumirajući nazivne kapacitete, jer postoji i pokazatelj efikasnosti, koji će se morati spekulativno procijeniti uz rizik od stvaranja velika greska.

Prilikom projektiranja električnih ožičenja u stanu ili seoskoj kući, sastav i pasoški podaci električne opreme koja će biti povezana nisu uvijek pouzdano poznati, ali možete koristiti indikativne podatke električnih uređaja uobičajenih u našem svakodnevnom životu:

• električna sauna (12 kW) - 60 A;
• električni šporet (10 kW) - 50 A;
• ploča za kuhanje (8 kW) - 40 A;
• protočni električni bojler (6 kW) - 30 A;
• mašina za pranje sudova (2,5 kW) - 12,5 A;
• veš mašina (2,5 kW) - 12,5 A;
• jacuzzi (2,5 kW) - 12,5 A;
• klima (2,4 kW) - 12 A;
• mikrovalna pećnica (2,2 kW) - 11 A;
• akumulacijski električni bojler (2 kW) - 10 A;
• kuhalo za vodu (1,8 kW) - 9 A;
• gvožđe (1,6 kW) - 8 A;
• solarijum (1,5 kW) - 7,5 A;
• usisivač (1,4 kW) - 7 A;
• mlin za meso (1,1 kW) - 5,5 A;
• toster (1 kW) - 5 A;
• aparat za kafu (1 kW) - 5 A;
• fen za kosu (1 kW) - 5 A;
• desktop računar (0,5 kW) - 2,5 A;
• hladnjak (0,4 kW) - 2 A.

Potrošnja energije rasvjetnih tijela i potrošačke elektronike je mala, općenito se ukupna snaga rasvjetnih tijela može procijeniti na 1,5 kW i dovoljna je mašina od 10 A po rasvjetnoj grupi. Potrošačka elektronika je povezana na iste utičnice kao i pegle, nije preporučljivo rezervisati dodatno napajanje za nju.

Ako zbrojite sve ove struje, brojka je impresivna. U praksi je mogućnost priključenja opterećenja ograničena količinom dodijeljene električne energije, za stanove sa električnim štednjakom u modernim kućama je 10-12 kW, a u stanu postoji automat nominalne vrijednosti 50 A. I ovih 12 kW mora biti raspoređeno, s obzirom da su najjači potrošači koncentrisani u kuhinji i kupatilu. Ožičenje će biti manje zabrinjavajuće ako se razbije u dovoljno grupa, svaka sa svojom mašinom. Za električni šporet (ploču) napravljen je poseban ulaz sa automatom od 40 A i ugrađena je utičnica nazivne struje od 40 A, tu nije potrebno ništa drugo spojiti. Za mašinu za pranje veša i drugu opremu za kupatilo napravljena je posebna grupa, sa automatskim mašinom odgovarajuće klase. Ova grupa je obično zaštićena RCD-om sa nazivnom strujom 15% većom od nazivne snage prekidača. Odvojene su grupe za rasvjetu i zidne utičnice u svakoj prostoriji.

Trebat će neko vrijeme da se izračunaju snage i struje, ali možete biti sigurni da posao neće biti uzaludan. Pravilno dizajnirana i dobro postavljena električna instalacija ključ je udobnosti i sigurnosti vašeg doma.

Rad uređaja bez smetnji ovisi o usklađenosti tehničkih karakteristika uređaja s normama opskrbne mreže. Poznavajući napon, otpor i struju u krugu, električar će razumjeti kako pronaći snagu. Formula za izračunavanje važnog parametra ovisi o svojstvima mreže na koju je potrošač povezan.

Rad električne energije

Mehanički uređaji i električni uređaji su dizajnirani da obavljaju posao. Prema drugom Newtonovom zakonu, kinetička energija koja djeluje na materijalnu tačku u određenom vremenskom periodu vrši korisnu akciju. U elektrodinamici, polje stvoreno razlikom potencijala prenosi naboje u dijelu električnog kola.

Količina rada struje zavisi od intenziteta električne energije. Sredinom 19. vijeka, D. P. Joule i E. H. Lenz su rješavali isti problem. U provedenim eksperimentima, komad žice s velikim otporom se zagrijavao kada je kroz njega prošla struja. Naučnike je zanimalo pitanje kako izračunati snagu kola. Da bismo razumjeli proces koji se odvija u istraživaču, treba uvesti sljedeće definicije:

Snaga je rad koji izvrši struja u provodniku tokom određenog vremenskog perioda. Izjava je opisana formulom: P = A ∕ ∆t.

Na presjeku strujnog kruga, razlika potencijala u tačkama a i b obavlja rad pomicanja električnih naboja, koji je određen jednadžbom: A \u003d U ∙ Q. Struja je ukupni naboj koji je prošao u vodiču u jedinici vremena , koji je matematički izražen omjerom: U ∙ I = Q ∕∆t. Nakon transformacija, dobija se formula za snagu električne struje: P = A ∕ ∆t = U ∙ Q ∕ ∆t = U ∙ I. Može se tvrditi da se rad obavlja u kolu, što zavisi od snage određene strujom i naponom na kontaktima priključenog električnog uređaja.

DC performanse

U linearnom kolu bez kondenzatora i induktora, poštuje se Ohmov zakon. Njemački naučnik otkrio je vezu između struje i napona iz otpora kola. Otvor se izražava jednačinom: I = U ∕ R. Uz poznatu vrijednost otpora opterećenja, snaga se izračunava na dva načina: P = I ² ∙ R ili P = U ² ∕ R.

Ako struja u krugu teče od plusa do minusa, tada energiju mreže apsorbira potrošač. Ovaj proces se dešava kada se baterija puni. Ako se struja kreće u suprotnom smjeru, tada se snaga prenosi na električni krug. Ovo se dešava kada se na mrežu napaja generator koji radi.

Varijabilna snaga mreže

Proračun varijabilnih kola razlikuje se od izračunavanja parametra performansi u DC liniji. To je zbog činjenice da napon i struja se mijenjaju s vremenom i smjerom.

U krugu s faznim pomakom struje i napona, razmatraju se sljedeće vrste snage:

1. Aktivan.
2. Reaktivan.
3. Pun.

Aktivni sastojak

Aktivni dio korisne snage uzima u obzir brzinu ireverzibilne konverzije električne energije u toplinsku ili magnetsku energiju. U strujnom vodu sa jednom fazom, aktivna komponenta se izračunava po formuli: P = U ∙ I ∙ cos ϕ.

U međunarodnom sistemu jedinica SI, vrijednost performansi se mjeri u vatima. Ugao ϕ određuje pomak napona u odnosu na struju. U trofaznom kolu, aktivni dio je zbir snaga svake pojedinačne faze.

Obrnuti gubitak

Za rad kondenzatora, induktora, namotaja elektromotora troši se snaga mreže. Zbog fizičkih svojstava takvih uređaja, energija, koja je određena reaktivnom snagom, vraća se u kolo. Iznos trzaja se izračunava pomoću jednačine: V = U ∙ I ∙ sin ϕ.

Jedinica mjere je vat. Moguće je koristiti vansistemsku mjeru za brojanje var, čiji naziv se sastoji od engleskih riječi volt, amper, reakcija. Prevod na ruski znači "volt", "amper", "obrnuto djelovanje".

Ako napon predvodi struju, tada se smatra da je fazni pomak veći od nule. U suprotnom, fazni pomak je negativan. U zavisnosti od vrijednosti sin ϕ, reaktivna komponenta je pozitivna ili negativna. Prisutnost induktivnog opterećenja u krugu omogućava nam da govorimo o reverzibilnom dijelu većem od nule, a povezani uređaj troši energiju. Upotreba kondenzatora čini reaktivne performanse negativnim i uređaj dodaje snagu u mrežu.

Kako bi se izbjegla preopterećenja i promjene zadanog faktora snage, kompenzatori su ugrađeni u krug. Takve mjere smanjuju gubitke snage, smanjuju izobličenje valnog oblika struje i omogućavaju korištenje manjih žica.

U punoj snazi

Prividna električna snaga određuje opterećenje koje potrošač stavlja na mrežu. Aktivne i reverzibilne komponente su kombinovane sa prividnom snagom po jednačini: S = √ (P² + V²).

Uz induktivno opterećenje, V ˃ 0, a korištenje kondenzatora čini V ˂ 0. Odsustvo kondenzatora i induktora čini reaktivni dio jednakim nuli, što formulu vraća u uobičajeni oblik: S = √ (P² + V²) = √ (P² + 0) = √ P² = P = U ∙ I. Prividna snaga se mjeri izvansistemskom jedinicom "volt-amper". Skraćena verzija - B ∙ A.

Kriterijum korisnosti

Faktor snage karakterizira opterećenje potrošača u smislu prisustva reaktivnog dijela rada. U fizičkom smislu, parametar određuje pomak struje od primijenjenog napona i jednak je cos ϕ. U praksi to znači količinu topline koja se stvara na spojnim provodnicima. Nivo grijanja može dostići značajne vrijednosti.

U elektroprivredi se faktor snage označava grčkim slovom λ. Raspon promjene je od nula do jedan ili od 0 do 100%. Pri λ = 1, energija koja se isporučuje potrošaču troši se na rad, nema reaktivne komponente. Vrijednosti λ ≤ 0,5 smatraju se nezadovoljavajućim.

Nesmetani rad uređaja u električnoj liniji je rezultat pravilnog proračuna tehničkih parametara. Skup formula izvedenih iz Joule - Lenzovih i Ohmovih zakona pomaže u pronalaženju trenutne snage u kolu. Šematski dijagram, ispravno sastavljen uzimajući u obzir karakteristike korištenih uređaja, povećava performanse električne mreže.