توان و واحدهای اندازه گیری آن توان اکتیو و راکتیو جریان الکتریکی متناوب چیست؟ تعریف واحد برق فعلی

مفهوم قدرت (M) با بهره وری یک مکانیسم، ماشین یا موتور خاص مرتبط است. M را می توان به عنوان مقدار کار انجام شده در واحد زمان تعریف کرد. یعنی M برابر است با نسبت کار به زمان صرف شده برای تکمیل آن. در سیستم عمومی پذیرفته شده بین المللی واحدها (SI)، واحد اندازه گیری مشترک M، وات است. همراه با این، اسب بخار (اسب بخار) همچنان یک شاخص جایگزین برای M باقی مانده است. در بسیاری از کشورهای جهان، مرسوم است که M موتورهای احتراق داخلی را بر حسب اسب بخار و M موتورهای الکتریکی را بر حسب وات اندازه گیری می کنند.

انواع EIM

همانطور که پیشرفت علمی و فناوری توسعه یافت، تعداد زیادی واحد مختلف اندازه گیری توان (PMU) ظاهر شد. در میان آنها، مواردی که امروزه تقاضا دارند عبارتند از W، kgsm/s، erg/s و hp. به منظور جلوگیری از سردرگمی هنگام انتقال از یک سیستم اندازه گیری به سیستم دیگر، جدول EIM زیر تهیه شده است که در آن توان واقعی اندازه گیری می شود.

جداول روابط بین EIM

اندازه گیری M در مکانیک

تمام اجسام در دنیای واقعی توسط نیرویی که به آنها وارد می شود به حرکت در می آیند. اثر روی بدنه یک یا چند بردار را کار مکانیکی (P) می گویند. به عنوان مثال، نیروی کشش یک خودرو آن را به حرکت در می آورد. بدین ترتیب R مکانیکی را انجام می دهد.

از نقطه نظر علمی، P یک کمیت فیزیکی "A" است که با حاصلضرب مقدار نیروی "F"، فاصله حرکت جسم "S" و کسینوس زاویه بین بردارها تعیین می شود. این دو مقدار

فرمول کار به شکل زیر است:

A = F x S x cos (F, S).

M "N" در این مورد با نسبت مقدار کار به دوره زمانی "t" که در طی آن نیروها بر روی جسم وارد شده است تعیین می شود. بنابراین، فرمول تعریف M به صورت زیر خواهد بود:

موتور مکانیکی M

کمیت فیزیکی M در مکانیک قابلیت های موتورهای مختلف را مشخص می کند. در خودروها، M موتور با حجم محفظه های احتراق سوخت مایع تعیین می شود. M یک موتور کار (مقدار انرژی تولید شده) در واحد زمان است. موتور در طول کار خود یک نوع انرژی را به پتانسیل دیگر تبدیل می کند. در این حالت موتور انرژی حرارتی حاصل از احتراق سوخت را به انرژی جنبشی حرکت چرخشی تبدیل می کند.

مهم است بدانیم!شاخص اصلی موتور M حداکثر گشتاور است.

این گشتاور است که نیروی کشش موتور را ایجاد می کند. هر چه این شاخص بالاتر باشد، M واحد بزرگتر است.

در کشور ما واحدهای قدرت M بر حسب اسب بخار محاسبه می شود. در سراسر جهان روند محاسبه M در W وجود دارد. اکنون مشخصه قدرت در اسناد در دو بعد به طور همزمان در اسب بخار نشان داده شده است. و کیلووات در چه واحد اندازه گیری M توسط سازنده تاسیسات برقی و مکانیکی قدرت تعیین می شود.

M برق

Electrical M با سرعت تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی، حرارتی یا نور مشخص می شود. طبق سیستم بین المللی SI، وات یک EIM است که در آن توان کل برق اندازه گیری می شود.

قدرت- کمیت فیزیکی برابر با نسبت کار انجام شده به یک دوره زمانی معین.

مفهوم توان متوسط ​​در یک دوره زمانی معین وجود دارد Δt. میانگین توان با استفاده از این فرمول محاسبه می شود: N = ΔA / Δtتوان لحظه ای طبق فرمول زیر: N=dA/dt. این فرمول ها شکل نسبتاً تعمیم یافته ای دارند، زیرا مفهوم قدرت در چندین شاخه فیزیک - مکانیک و الکتروفیزیک وجود دارد. اگرچه اصول اولیه محاسبه توان تقریباً مانند فرمول کلی باقی می ماند.

قدرت بر حسب وات اندازه گیری می شود. وات واحدی از توان است که برابر ژول تقسیم بر ثانیه است. علاوه بر وات، واحدهای دیگری برای اندازه گیری قدرت وجود دارد: اسب بخار، ارگ در ثانیه، جرم-نیروی متر در ثانیه.

• • یکی اسب بخار متریکبرابر با 735 وات، انگلیسی - 745 وات.
  • ارگ- یک واحد اندازه گیری بسیار کوچک، یک ارگ برابر با ده به منهای هفتمین توان وات است.
  • یکی جرم-نیروی متر بر ثانیهبرابر با 9.81 وات

ابزار اندازه گیری

ابزارهای اندازه گیری برای اندازه گیری قدرت عمدتاً در الکتروفیزیک استفاده می شوند ، زیرا در مکانیک با دانستن مجموعه خاصی از پارامترها (سرعت و نیرو) می توانید به طور مستقل قدرت را محاسبه کنید. اما به همین ترتیب، در الکتروفیزیک می توانید قدرت را با استفاده از پارامترها محاسبه کنید، اما در واقع، در زندگی روزمره ما به سادگی از ابزارهای اندازه گیری برای ثبت توان مکانیکی استفاده نمی کنیم. از آنجایی که اغلب این پارامترها برای مکانیسم های خاص به این صورت تعیین می شوند. در مورد الکترونیک، دستگاه اصلی یک وات متر است که در زندگی روزمره در یک کنتور الکتریکی معمولی استفاده می شود.

وات مترها را می توان با توجه به فرکانس ها به چند نوع تقسیم کرد:

• • فرکانس پایین
  • فرکانس رادیو
  • نوری

وات متر می تواند آنالوگ یا دیجیتال باشد. فرکانس های پایین (LF) دارای دو سیم پیچ القایی هستند، هم دیجیتال و هم آنالوگ هستند و در صنعت و زندگی روزمره به عنوان بخشی از کنتورهای برق معمولی استفاده می شوند. وات مترهای فرکانس رادیویی به دو گروه توان جذبی و توان ارسالی تقسیم می شوند. تفاوت در نحوه اتصال وات متر به شبکه نهفته است؛ آنهایی که از آن عبور می کنند به صورت موازی به شبکه متصل می شوند که در انتهای شبکه به عنوان بار اضافی جذب می شود. از وات مترهای نوری برای تعیین توان شار نور و پرتوهای لیزر استفاده می شود. آنها عمدتا در صنایع و آزمایشگاه های مختلف استفاده می شوند.

قدرت مکانیکی

قدرت در مکانیک به طور مستقیم به نیرو و کاری که این نیرو انجام می دهد بستگی دارد. کار کمیتی است که نیروی وارد شده به جسم را مشخص می کند که تحت تأثیر آن بدن مسافت معینی را طی می کند. توان با حاصل ضرب اسکالر بردار سرعت و بردار نیرو محاسبه می شود: P = F * v = F * v * cos a (نیرو ضرب در بردار سرعت و زاویه بین بردار نیرو و سرعت (کسینوس آلفا)).

همچنین می توانید قدرت حرکت چرخشی بدن را محاسبه کنید. P=M* w= π * M * n / 30. توان برابر با (M) گشتاور ضرب در (w) سرعت زاویه ای یا پی (n) ضرب در گشتاور (M) و (n) سرعت دورانی تقسیم بر 30 است.

قدرت در الکتروفیزیک

در الکتروفیزیک، توان میزان انتقال یا تبدیل الکتریسیته را مشخص می کند. انواع قدرت زیر وجود دارد:

• • برق لحظه ای. از آنجایی که توان کاری است که در زمان معینی انجام می شود و بار در امتداد بخش خاصی از هادی حرکت می کند، فرمول زیر را داریم: P(a-b) = A / Δt. A-B ناحیه ای را که بار از آن عبور می کند مشخص می کند. A کار بار یا بارها است، Δt زمانی است که شارژ یا بارها در بخش (A-B) طی می کنند. با استفاده از همین فرمول، سایر مقادیر توان برای موقعیت های مختلف زمانی که نیاز به اندازه گیری توان لحظه ای در یک بخش از هادی دارید، محاسبه می شود.

• • همچنین می توانید قدرت یک جریان ثابت را محاسبه کنید: P = I * U = I^2 * R = U^2 / R.

• • توان AC را نمی توان با استفاده از فرمول DC محاسبه کرد. سه نوع توان در جریان متناوب وجود دارد:
    • توان فعال (P) که برابر است با P = U * I * cos f . جایی که U و I پارامترهای جریان فعلی هستند و f (phi) زاویه جابجایی بین فازها است. این فرمول به عنوان مثالی برای جریان سینوسی تک فاز آورده شده است.
    • توان راکتیو (Q) بارهای ایجاد شده در دستگاه ها توسط نوسانات جریان متناوب سینوسی تک فاز الکتریکی را مشخص می کند. Q = U * I * گناه f . واحد اندازه گیری ولت آمپر راکتیو (var) است.
    • توان ظاهری (S) برابر است با ریشه مجذورهای توان فعال و راکتیو. بر حسب ولت آمپر اندازه گیری می شود.
    • توان غیرفعال مشخصه توان غیرفعال موجود در مدارهایی با جریان سینوسی متناوب است. برابر است با جذر مجذور مجذور توان راکتیو و توان هارمونیک. در صورت عدم وجود توان هارمونیک بالاتر، برابر با ماژول توان راکتیو است.

در قرن 18، قدرت با اسب بخار اندازه گیری شد. تاکنون از این کمیت فیزیکی برای نشان دادن قدرت موتورها استفاده می شده است. در کنار نشانگر قدرت موتور احتراق داخلی بر حسب وات، همچنان مقدار را بر حسب اسب بخار می نویسند.

قدرت به عنوان یک کمیت فیزیکی، فرمول قدرت

مقداری که نشان می‌دهد با چه سرعتی انرژی در یک سیستم تبدیل، انتقال یا مصرف می‌شود. مشخص کردن شرایط انرژی با سرعت انجام فرآیند بسیار مهم است. به کار انجام شده در واحد زمان توان می گویند:

• در مورد کار چطور؛
• t – زمان.

توان مکانیکی و توان الکتریکی را می توان به طور جداگانه در نظر گرفت.

برای دریافت پاسخ به این سوال: توان مکانیکی چگونه اندازه گیری می شود، تاثیر نیرو بر جسم متحرک را در نظر بگیرید. نیرو کار می کند، قدرت در این مورد با فرمول تعیین می شود:

• F – نیرو؛
• v – سرعت

در طول حرکت چرخشی، این مقدار با در نظر گرفتن لحظه نیرو و سرعت چرخش، "rpm" تعیین می شود.

رابطه بین جریان الکتریکی و توان

در مهندسی برق، کار U خواهد بود - ولتاژی که 1 کولن حرکت می کند، تعداد کولن های جابجا شده در واحد زمان جریان (I) است. توان جریان الکتریکی یا توان الکتریکی P از ضرب جریان در ولتاژ به دست می آید:

این یک کار کامل در 1 ثانیه است. وابستگی در اینجا مستقیم است. با تغییر جریان یا ولتاژ برق مصرفی دستگاه تغییر می کند.

همان مقدار P با تغییر یکی از دو مقدار به دست می آید.

تعریف واحد برق فعلی

واحد اندازه گیری توان جریان به نام جیمز وات، مهندس مکانیک اسکاتلندی نامگذاری شده است. 1 W توان تولید شده توسط جریان 1 A در اختلاف پتانسیل 1 ولت است.

به عنوان مثال، منبعی با ولتاژ 3.5 ولت جریانی معادل 0.2 آمپر در مدار ایجاد می کند، سپس توان جریان به صورت زیر خواهد بود:

P = U*I = 3.5*0.2 = 0.7 W.

توجه!در مکانیک، توان معمولا با حرف N و در مهندسی برق با حرف P نشان داده می شود. n و P چگونه اندازه گیری می شوند؟ صرف نظر از نامگذاری، یک کمیت است و با وات "W" اندازه گیری می شود.

وات و سایر واحدهای قدرت

هنگامی که در مورد چگونگی اندازه گیری قدرت صحبت می کنید، باید بدانید در مورد چه چیزی صحبت می کنیم. وات مقداری مربوط به 1 J/s است. در سیستم بین المللی واحدها پذیرفته شده است. توان در چه واحدهای دیگری اندازه گیری می شود؟ شاخه علم اخترفیزیک با واحدی به نام erg/s کار می کند. Erg یک مقدار بسیار کوچک، برابر با 10-7 W است.

یکی دیگر از واحدهای رایج این سری "اسب بخار" است. در سال 1789، جیمز وات محاسبه کرد که بار 75 کیلوگرمی را می توان با سرعت 1 متر بر ثانیه توسط یک اسب از محور بیرون کشید. بر اساس محاسبه چنین شدت کار، قدرت موتور را می توان با این مقدار در نسبت اندازه گیری کرد:

1 اسب بخار = 0.74 کیلو وات.

جالب هست.آمریکایی ها و انگلیسی ها معتقدند که 1 اسب بخار. = 745.7 وات و روس ها - 735.5 وات. بحث در مورد اینکه چه کسی درست است و چه کسی باطل، فایده ای ندارد، زیرا این یک اقدام فرا سیستمی است و نباید مورد استفاده قرار گیرد. سازمان بین المللی مترولوژی قانونی خروج آن را از گردش توصیه می کند.

در روسیه، هنگام محاسبه سیاست CASCO یا OSAGO، از این داده ها از واحد قدرت خودرو استفاده می شود.

فرمول رابطه بین توان، ولتاژ و جریان

در مهندسی برق، کار به عنوان مقدار معینی از انرژی در نظر گرفته می شود که توسط یک منبع برق برای عملکرد یک دستگاه الکتریکی در یک دوره زمانی معین تامین می شود. بنابراین توان الکتریکی کمیتی است که سرعت تبدیل یا انتقال برق را توصیف می کند. فرمول آن برای جریان مستقیم به صورت زیر است:

• U – ولتاژ، V;
• I – قدرت فعلی، A.

برای برخی موارد، با استفاده از فرمول قانون اهم، توان را می توان با جایگزین کردن مقدار مقاومت محاسبه کرد:

P = I * 2 * R، جایی که:

• I - قدرت فعلی، A;
• R – مقاومت، اهم.

هنگام محاسبه توان مدارهای AC، باید با سه نوع مقابله کنید:

• فرمول فعال آن: P = U*I*cos φ، ضریب زاویه تغییر فاز کجاست.
• راکتیو محاسبه می شود: Q = U*I*sin φ ;
• کامل به شکل ارائه شده است: S = √P2 + Q2، که در آن P فعال و Q2 واکنشی است.

محاسبات برای مدارهای AC تک فاز و سه فاز با استفاده از فرمول های مختلف انجام می شود.

مهم!مصرف کنندگان برق در شرکت ها عمدتاً موتورهای ناهمزمان، ترانسفورماتورها و سایر گیرنده های القایی هستند. در حین کار، آنها از توان راکتیو استفاده می کنند که با عبور از خطوط برق، منجر به بار اضافی در خطوط برق می شود. برای بهبود کیفیت انرژی از جبران انرژی راکتیو در قالب واحدهای خازن استفاده می شود.

ابزار اندازه گیری توان الکتریکی

یک وات متر به شما امکان اندازه گیری قدرت را می دهد. دارای دو سیم پیچ است. یکی به صورت سری مانند آمپرمتر و دومی به صورت موازی مانند یک ولت متر به مدار متصل می شود. در تاسیسات برق، وات متر مقادیر را بر حسب کیلووات ساعت «کیلووات*ساعت» اندازه گیری می کند. اندازه گیری نه تنها به انرژی الکتریکی، بلکه به انرژی لیزر نیز نیاز دارد. دستگاه هایی که قادر به اندازه گیری این نشانگر هستند در دو نوع ثابت و قابل حمل ساخته می شوند. با کمک آنها، سطح تابش لیزر از تجهیزاتی که از این نوع انرژی استفاده می کنند، ارزیابی می شود. یکی از کنتورهای قابل حمل LP1 است که توسط سازنده ژاپنی ساخته شده است. LP1 به شما امکان می دهد مستقیماً شدت تابش نور را تعیین کنید، به عنوان مثال، در نقطه بصری دستگاه های نوری پخش کننده های DVD.

برق در لوازم برقی خانگی

برای گرم کردن رشته فلزی یک لامپ، افزایش دمای سطح کار یک اتو یا سایر لوازم خانگی، مقدار مشخصی برق صرف می شود. مقدار آن که توسط بار در ساعت گرفته می شود، توان مصرفی این دستگاه در نظر گرفته می شود.

توجه!اگر روی لامپ «40 وات، 230 ولت» نوشته شود، این بدان معناست که در 1 ساعت 40 وات از شبکه AC مصرف می‌کند. با دانستن تعداد لامپ ها و پارامترها، محاسبه می کنند که چقدر انرژی برای روشنایی اتاق ها در ماه صرف می شود.

نحوه تبدیل وات

از آنجایی که وات– مقدار کمی است، در زندگی روزمره آنها در کیلووات کار می کنند، از سیستمی برای تبدیل مقادیر استفاده می کنند:

• 1 وات = 0.001 کیلو وات؛
• 10 وات = 0.01 کیلو وات؛
• 100 وات = 0.1 کیلو وات؛
• 1000 وات = 1 کیلو وات.

قدرت برخی از وسایل برقی، W

میانگین مقادیر برق مصرفی برای وسایل خانگی:

• اجاق گاز - 110006000 W;
• یخچال - 150-600 وات؛
• ماشین لباسشویی - 1000-3000 وات؛
• جاروبرقی - 1300-4000 وات؛
• کتری برقی - 2000-3000 وات.

پارامترهای هر یک از لوازم خانگی در پاسپورت مشخص شده و روی بدنه نیز مشخص شده است. مقادیر دقیق برای اطلاعات مصرف کننده در آنجا تعریف شده است.

ویدیو

از نامه مشتری:
به خاطر خدا به من بگویید چرا قدرت یو پی اس با ولت آمپر نشان داده شده است و نه با کیلووات معمولی. خیلی استرس داره از این گذشته ، همه مدتهاست به کیلووات عادت کرده اند. و قدرت همه دستگاه ها عمدتاً بر حسب کیلو وات نشان داده شده است.
الکسی. 21 ژوئن 2007

مشخصات فنی هر UPS قدرت ظاهری [kVA] و توان فعال [kW] را نشان می دهد - آنها ظرفیت بار UPS را مشخص می کنند. به عنوان مثال، عکس های زیر را ببینید:

قدرت همه دستگاه ها با W نشان داده نمی شود، به عنوان مثال:

• قدرت ترانسفورماتورها در VA نشان داده شده است:
  http://www.mstator.ru/products/sonstige/powertransf (ترانسفورماتورهای TP: به پیوست مراجعه کنید)
  http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (ترانسفورماتورهای TSGL: به پیوست مراجعه کنید)
• قدرت خازن بر حسب Vars نشان داده شده است:
  http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (خازن K78-39: به ضمیمه مراجعه کنید)
  http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (خازن های بریتانیا: به پیوست مراجعه کنید)
• برای نمونه هایی از بارهای دیگر، به پیوست های زیر مراجعه کنید.

ویژگی های قدرت بار را می توان با یک پارامتر واحد (قدرت فعال بر حسب W) فقط برای جریان مستقیم مشخص کرد، زیرا در مدار جریان مستقیم فقط یک نوع مقاومت وجود دارد - مقاومت فعال.

ویژگی های قدرت بار برای مورد جریان متناوب را نمی توان به طور دقیق با یک پارامتر مشخص کرد، زیرا در مدار جریان متناوب دو نوع مقاومت مختلف وجود دارد - فعال و راکتیو. بنابراین، تنها دو پارامتر: توان اکتیو و توان راکتیو به طور دقیق بار را مشخص می کنند.

اصول عملکرد مقاومت فعال و واکنشی کاملاً متفاوت است. مقاومت فعال - انرژی الکتریکی را به طور غیرقابل برگشت به انواع دیگر انرژی (حرارتی، نور و غیره) تبدیل می کند - مثال ها: لامپ رشته ای، بخاری برقی (بند 39، فیزیک کلاس یازدهم V.A. Kasyanov M.: Bustard، 2007).

راکتانس - به طور متناوب انرژی را جمع می کند و سپس آن را دوباره به شبکه آزاد می کند - مثال ها: خازن، سلف (بند 40،41، فیزیک کلاس یازدهم V.A. Kasyanov M.: Bustard، 2007).

علاوه بر این در هر کتاب درسی مهندسی برق می توانید بخوانید که توان اکتیو (تلف شده توسط مقاومت فعال) با وات اندازه گیری می شود و توان راکتیو (که در راکتانس در گردش است) با vars اندازه گیری می شود. همچنین برای مشخص کردن توان بار از دو پارامتر دیگر استفاده می شود: توان ظاهری و ضریب توان. تمام این 4 پارامتر:

1. قدرت فعال: تعیین پ، واحد اندازه گیری: وات
2. توان راکتیو: تعیین س، واحد اندازه گیری: VAR(ولت آمپر راکتیو)
3. قدرت ظاهری: تعیین اس، واحد اندازه گیری: VA(ولت آمپر)
4. ضریب قدرت: نماد کیا cosФواحد اندازه گیری: کمیت بدون بعد

این پارامترها با روابط مرتبط هستند: S*S=P*P+Q*Q، cosФ=k=P/S

همچنین cosФبه نام ضریب توان ( ضریب قدرت – PF)

بنابراین، در مهندسی برق، هر دو از این پارامترها برای مشخص کردن توان مشخص می شود، زیرا بقیه را می توان از این دو پیدا کرد.

به عنوان مثال، موتورهای الکتریکی، لامپ ها (تخلیه) - در آن ها. داده‌ها P[kW] و cosФ را نشان می‌دهند:
http://www.mez.by/dvigatel/air_table2.shtml (موتورهای هوا: به پیوست مراجعه کنید)
http://www.mscom.ru/katalog.php?num=38 (لامپ های DRL: به پیوست مراجعه کنید)
(برای نمونه هایی از داده های فنی برای بارهای مختلف، به پیوست زیر مراجعه کنید)

در مورد منابع تغذیه هم همینطور است. توان آنها (ظرفیت بار) با یک پارامتر برای منابع تغذیه DC - توان فعال (W) و دو پارامتر برای منابع مشخص می شود. منبع تغذیه AC. به طور معمول این دو پارامتر توان ظاهری (VA) و توان فعال (W) هستند. به عنوان مثال، پارامترهای مجموعه دیزل ژنراتور و UPS را ببینید.

اکثر لوازم اداری و خانگی فعال هستند (بدون واکنش یا کم)، بنابراین قدرت آنها بر حسب وات نشان داده شده است. در این حالت هنگام محاسبه بار از مقدار توان UPS بر حسب وات استفاده می شود. اگر بار کامپیوترهایی با منابع تغذیه (PSUs) بدون تصحیح ضریب توان ورودی (APFC)، چاپگر لیزری، یخچال، تهویه مطبوع، موتور الکتریکی (به عنوان مثال، یک پمپ شناور یا یک موتور به عنوان بخشی از ماشین ابزار باشد. ) لامپ های فلورسنت بالاست و غیره، تمامی خروجی ها در محاسبات استفاده می شود. داده های UPS: kVA، kW، ویژگی های اضافه بار و غیره

به عنوان مثال به کتاب های درسی مهندسی برق مراجعه کنید:

1. Evdokimov F. E. مبانی نظری مهندسی برق. - م.: مرکز انتشارات "آکادمی"، 1383.

2. Nemtsov M.V. مهندسی برق و الکترونیک. - م.: مرکز انتشارات "آکادمی"، 1386.

3. Chastoedov L. A. مهندسی برق. - م.: دبیرستان، 1989.

همچنین به برق متناوب، ضریب توان، مقاومت الکتریکی، راکتانس http://en.wikipedia.org مراجعه کنید.
(ترجمه: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)

کاربرد

مثال 1: قدرت ترانسفورماتورها و اتوترانسفورماتورها با واحد VA (ولت آمپر) نشان داده شده است.

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

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

مثال 2: قدرت خازن ها با VAR نشان داده شده است (ولت آمپر راکتیو)

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

http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (خازن های بریتانیا)

مثال 3: داده های فنی برای موتورهای الکتریکی شامل توان اکتیو (کیلووات) و cosF است

برای بارهایی مانند موتورهای الکتریکی، لامپ ها (دشارژ)، منابع تغذیه کامپیوتر، بارهای ترکیبی و غیره - داده های فنی P [kW] و cosФ (قدرت فعال و ضریب توان) یا S [kVA] و cosФ (قدرت ظاهری و ضریب توان) توان).

http://www.weiku.com/products/10359463/Stainless_Steel_cutting_machine.html
(بار ترکیبی – دستگاه برش پلاسما فولاد / برش پلاسما اینورتر LGK160 (IGBT)

http://www.silverstonetek.com.tw/product.php?pid=365&area=en (منبع تغذیه کامپیوتر)

پیوست 1

اگر بار دارای ضریب توان بالایی باشد (0.8 ... 1.0)، آنگاه خواص آن به یک بار مقاومتی نزدیک می شود. چنین باری هم برای خط شبکه و هم برای منابع برق ایده آل است، زیرا جریان های راکتیو و توان را در سیستم تولید نمی کند.

بنابراین، بسیاری از کشورها استانداردهایی را برای تنظیم ضریب توان تجهیزات اتخاذ کرده اند.

ضمیمه 2

تجهیزات تک بار (مثلاً یک منبع تغذیه رایانه شخصی) و تجهیزات ترکیبی چند جزئی (مثلاً یک دستگاه فرز صنعتی حاوی چندین موتور، یک رایانه شخصی، روشنایی و غیره) دارای ضریب توان پایین (کمتر از 0.8) هستند. واحدهای داخلی (به عنوان مثال، یکسو کننده منبع تغذیه رایانه شخصی یا یک موتور الکتریکی دارای ضریب قدرت 0.6 .. 0.8). بنابراین، امروزه بیشتر تجهیزات دارای واحد ورودی تصحیح ضریب توان هستند. در این مورد، ضریب توان ورودی 0.9 ... 1.0 است که مطابق با استانداردهای نظارتی است.

ضمیمه 3: نکته مهم در مورد ضریب قدرت UPS و تثبیت کننده های ولتاژ

ظرفیت بار مجموعه یو پی اس و دیزل ژنراتور به یک بار صنعتی استاندارد (ضریب توان 0.8 با ماهیت القایی) نرمال شده است. به عنوان مثال، یو پی اس 100 کیلو ولت آمپر / 80 کیلو وات. این بدان معناست که دستگاه می تواند یک بار مقاومتی با حداکثر توان 80 کیلو وات یا یک بار مختلط (راکتیو - راکتیو) با حداکثر توان 100 کیلو ولت آمپر با ضریب توان القایی 0.8 تامین کند.

در مورد تثبیت کننده های ولتاژ وضعیت متفاوت است. برای تثبیت کننده، ضریب توان بار بی تفاوت است. به عنوان مثال، یک تثبیت کننده ولتاژ 100 کیلوولت آمپر. این بدان معناست که دستگاه می تواند یک بار فعال با حداکثر توان 100 کیلو وات یا هر توان دیگر (کاملا اکتیو، صرفا راکتیو، مختلط) 100 کیلو ولت آمپر یا 100 کیلو ولت با هر ضریب توان با ماهیت خازنی یا القایی را تامین کند. توجه داشته باشید که این برای یک بار خطی (بدون جریان هارمونیک بالاتر) صادق است. با اعوجاج هارمونیک زیاد جریان بار (SOI بالا)، توان خروجی تثبیت کننده کاهش می یابد.

ضمیمه 4

نمونه های گویا از بارهای راکتیو خالص و فعال خالص:

• یک لامپ رشته ای 100 وات به یک شبکه جریان متناوب 220 VAC متصل است - در همه جای مدار جریان رسانایی وجود دارد (از طریق هادی های سیم و رشته تنگستن لامپ). مشخصات بار (لامپ): توان S=P~=100 VA=100 W، PF=1 => تمام توان الکتریکی فعال است، یعنی به طور کامل در لامپ جذب شده و به توان گرما و نور تبدیل می شود.
• یک خازن غیر قطبی 7 μF به یک شبکه جریان متناوب 220 VAC متصل است - یک جریان رسانایی در مدار سیم وجود دارد و یک جریان بایاس در داخل خازن (از طریق دی الکتریک) جریان می یابد. ویژگی های بار (خازن): توان S=Q~=100 VA=100 VAR، PF=0 => تمام توان الکتریکی راکتیو است، به این معنی که دائماً از منبع به بار و برگشت، دوباره به بار گردش می کند. و غیره.

ضمیمه 5

برای نشان دادن راکتانس غالب (القایی یا خازنی)، ضریب توان به علامت تخصیص داده می شود:

+ (به علاوه)- اگر راکتانس کل القایی باشد (مثال: PF=0.5). فاز فعلی با یک زاویه Ф از فاز ولتاژ عقب است.

- (منهای)- اگر راکتانس کل خازنی باشد (مثال: PF=-0.5). فاز فعلی فاز ولتاژ را با زاویه F به جلو می برد.

پیوست 6

سوالات تکمیلی

سوال 1:
چرا در تمام کتاب های درسی مهندسی برق هنگام محاسبه مدارهای AC از اعداد / کمیت های خیالی (مثلا توان راکتیو، راکتانس و غیره) استفاده می شود که در واقعیت وجود ندارند؟

پاسخ:
بله، تمام مقادیر منفرد در دنیای اطراف واقعی هستند. از جمله دما، راکتانس و غیره. استفاده از اعداد خیالی (مختلط) تنها یک تکنیک ریاضی است که محاسبات را تسهیل می کند. نتیجه محاسبه یک عدد لزوما واقعی است. به عنوان مثال: توان راکتیو یک بار (خازن) 20 کیلو ولت یک جریان انرژی واقعی است، یعنی وات واقعی در مدار منبع-بار در گردش است. اما به منظور تمایز این وات ها از وات هایی که به طور جبران ناپذیری توسط بار جذب می شوند، تصمیم گرفتند که این وات های گردشی را ولت آمپر راکتیو بنامند.

اظهار نظر:
پیش از این، تنها کمیت های منفرد در فیزیک استفاده می شد و هنگام محاسبه، همه کمیت های ریاضی با کمیت های واقعی جهان اطراف مطابقت داشتند. برای مثال، مسافت برابر است با سرعت ضربدر زمان (S=v*t). سپس با پیشرفت علم فیزیک، یعنی با مطالعه اجسام پیچیده تر (نور، امواج، جریان الکتریکی متناوب، اتم، فضا و غیره)، تعداد زیادی از کمیت های فیزیکی ظاهر شد که محاسبه هر یک غیرممکن شد. بصورت جداگانه. این فقط یک مشکل محاسبه دستی نیست، بلکه مشکل کامپایل برنامه های کامپیوتری نیز هست. برای حل این مشکل، کمیت های منفرد نزدیک شروع به ترکیب شدن با کمیت های پیچیده تر (شامل 2 یا چند کمیت منفرد) کردند که تابع قوانین تبدیل شناخته شده در ریاضیات بودند. اینگونه است که کمیت های اسکالر (تک) (دما و غیره)، کمیت های دوگانه برداری و مختلط (امپدانس و غیره)، کمیت های سه گانه برداری (بردار میدان مغناطیسی و غیره) و کمیت های پیچیده تر - ماتریس ها و تانسورها (دی الکتریک) ظاهر می شوند. تانسور ثابت، تانسور ریچی و دیگران). برای ساده کردن محاسبات در مهندسی برق، از مقادیر دوگانه خیالی (مختلط) زیر استفاده می شود:

1. مقاومت کل (امپدانس) Z=R+iX
2. قدرت ظاهری S=P+iQ
3. ثابت دی الکتریک e=e"+ie"
4. نفوذپذیری مغناطیسی m=m"+im"
5. و غیره.

سوال 2:

صفحه http://en.wikipedia.org/wiki/Ac_power S P Q Ф را در یک صفحه مختلط، یعنی خیالی/غیر موجود نشان می دهد. همه اینها چه ربطی به واقعیت دارد؟

پاسخ:
انجام محاسبات با سینوسی های واقعی دشوار است، بنابراین، برای ساده کردن محاسبات، از یک نمایش برداری (پیچیده) مانند شکل 1 استفاده کنید. بالاتر اما این بدان معنا نیست که S P Q نشان داده شده در شکل با واقعیت مرتبط نیست. مقادیر واقعی S PQ را می توان به شکل معمول بر اساس اندازه گیری سیگنال های سینوسی با یک اسیلوسکوپ ارائه کرد. مقادیر S P Q Ф I U در مدار جریان متناوب "بار منبع" به بار بستگی دارد. در زیر نمونه‌ای از سیگنال‌های سینوسی واقعی S PQ و Ф برای حالت بار متشکل از مقاومت‌های فعال و راکتیو (القایی) که به صورت سری متصل شده‌اند، آورده شده است.

سوال 3:
با استفاده از یک گیره جریان معمولی و یک مولتی متر جریان بار 10 آمپر و ولتاژ بار 225 ولت اندازه گیری شد و توان بار را در وات ضرب می کنیم: 10 A · 225 ولت = 2250 وات.

پاسخ:
شما توان بار کل 2250 VA را به دست آورده اید (محاسبه شده). بنابراین، پاسخ شما تنها زمانی معتبر خواهد بود که بار شما صرفاً مقاومتی باشد، در واقع ولت آمپر برابر با وات است. برای همه انواع دیگر بارها (به عنوان مثال، یک موتور الکتریکی) - نه. برای اندازه گیری تمام ویژگی های هر بار دلخواه، باید از یک تحلیلگر شبکه استفاده کنید، به عنوان مثال APPA137:

برای مثال به ادامه مطلب مراجعه کنید:

Evdokimov F. E. مبانی نظری مهندسی برق. - م.: مرکز انتشارات "آکادمی"، 1383.

Nemtsov M.V. مهندسی برق و الکترونیک. - م.: مرکز انتشارات "آکادمی"، 1386.

Chastoedov L. A. مهندسی برق. - م.: دبیرستان، 1989.

توان AC، ضریب توان، مقاومت الکتریکی، راکتانس
http://en.wikipedia.org (ترجمه: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)

تئوری و محاسبه ترانسفورماتورهای کم توان Yu.N. Starodubtsev / RadioSoft Moscow 2005 / rev d25d5r4feb2013

همه ما هر روز با وسایل برقی روبرو می شویم؛ به نظر می رسد که بدون آنها زندگی ما متوقف می شود. و هر یک از آنها دارای قدرت ذکر شده در دستورالعمل های فنی هستند. امروز متوجه خواهیم شد که چیست، انواع و روش های محاسبه را دریابیم.

وسایل برقی متصل به شبکه الکتریکی در یک مدار جریان متناوب کار می کنند، بنابراین ما توان را تحت این شرایط در نظر خواهیم گرفت. با این حال، ابتدا اجازه دهید یک تعریف کلی از مفهوم ارائه دهیم.

توان یک کمیت فیزیکی است که نرخ تبدیل یا انتقال انرژی الکتریکی را منعکس می کند.

در معنای محدودتر، آنها می گویند که توان الکتریکی نسبت کار انجام شده در یک دوره زمانی معین به این دوره زمانی است.

اگر این تعریف را کمتر علمی بیان کنیم، معلوم می شود که قدرت مقدار معینی از انرژی است که توسط مصرف کننده در مدت زمان معینی مصرف می شود. ساده ترین مثال یک لامپ رشته ای معمولی است. سرعتی که یک لامپ برق مصرفی خود را به گرما و نور تبدیل می کند، قدرت آن است. بر این اساس، هرچه این شاخص در ابتدا برای یک لامپ بالاتر باشد، انرژی بیشتری مصرف می‌کند و نور بیشتری ساطع می‌کند.

از آنجا که در این مورد، نه تنها فرآیند تبدیل برق به برخی دیگر ( نور، حرارتی و غیره) و همچنین در فرآیند نوسان میدان های الکتریکی و مغناطیسی، یک تغییر فاز بین جریان و ولتاژ ظاهر می شود و این باید در محاسبات بعدی در نظر گرفته شود.

هنگام محاسبه توان در یک مدار جریان متناوب، مرسوم است که اجزای فعال، راکتیو و ظاهری را تشخیص دهیم.

مفهوم قدرت فعال

توان «مفید» فعال آن بخشی از توان است که مستقیماً فرآیند تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی دیگر را مشخص می کند. با حرف لاتین P نشان داده شده و در (( دبلیو).

با استفاده از فرمول محاسبه می شود: P = U⋅I⋅cosφ،

که در آن U و I به ترتیب ریشه میانگین مربعات ولتاژ و جریان مدار هستند، cos φ کسینوس زاویه تغییر فاز بین ولتاژ و جریان است.

مهم!فرمولی که قبلا توضیح داده شد برای محاسبه مدارها مناسب است، با این حال، واحدهای قدرتمند معمولاً از شبکه ای با ولتاژ 380 ولت استفاده می کنند. در این حالت، عبارت باید در ریشه سه یا 1.73 ضرب شود

مفهوم توان راکتیو

توان راکتیو "مضر" توانی است که در حین کار وسایل الکتریکی با بار القایی یا خازنی تولید می شود و نوسانات الکترومغناطیسی رخ می دهد. به بیان ساده، این انرژی است که از منبع تغذیه به مصرف کننده منتقل می شود و سپس به شبکه باز می گردد.

طبیعتاً نمی توان از این قطعه در تجارت استفاده کرد، علاوه بر این، آسیب زیادی به شبکه برق می زند و به همین دلیل معمولاً سعی می کنند آن را جبران کنند.

این مقدار با حرف لاتین Q نشان داده می شود.

یاد آوردن!توان راکتیو با وات معمولی اندازه گیری نمی شود ( دبلیو) و در ولت آمپر راکتیو ( Var).

با استفاده از فرمول محاسبه می شود:

Q = U⋅I⋅sinφ,

که در آن U و I به ترتیب مقدار rms ولتاژ و جریان مدار هستند، sinφ سینوس زاویه تغییر فاز بین ولتاژ و جریان است.

مهم!هنگام محاسبه، بسته به حرکت فاز، این مقدار می تواند مثبت یا منفی باشد.

بارهای خازنی و القایی

تفاوت اصلی بین واکنشی ( خازنی و القایی) بار - وجود در واقع خازن و اندوکتانس که تمایل به ذخیره انرژی و انتشار آن در شبکه دارند.

یک بار القایی انرژی یک جریان الکتریکی را ابتدا به میدان مغناطیسی تبدیل می کند. در طول نیم سیکل) و سپس انرژی میدان مغناطیسی را به جریان الکتریکی تبدیل کرده و به شبکه منتقل می کند. به عنوان مثال می توان به موتورهای ناهمزمان، یکسو کننده ها، ترانسفورماتورها و آهنرباهای الکتریکی اشاره کرد.

مهم!هنگام کار با یک بار القایی، منحنی جریان همیشه نیم سیکل از منحنی ولتاژ عقب می افتد.

یک بار خازنی انرژی یک جریان الکتریکی را به میدان الکتریکی تبدیل می کند و سپس انرژی میدان حاصل را دوباره به جریان الکتریکی تبدیل می کند. هر دو فرآیند دوباره برای هر نیم چرخه اتفاق می افتد. به عنوان مثال خازن ها، باتری ها، موتورهای سنکرون هستند.

مهم!در حین کار یک بار خازنی، منحنی جریان منحنی ولتاژ را نیم سیکل هدایت می کند.

ضریب توان cosφ

ضریب توان cosφ ( کسینوس فی را بخوانید) یک کمیت فیزیکی اسکالر است که کارایی مصرف انرژی الکتریکی را منعکس می کند. به بیان ساده، ضریب cosφ وجود یک قطعه راکتیو و بزرگی قطعه فعال حاصل را نسبت به توان کل نشان می دهد.

ضریب cosφ از طریق نسبت توان الکتریکی فعال به توان الکتریکی کل یافت می شود.

توجه داشته باشید!برای محاسبه دقیق تر، اعوجاج های غیر خطی سینوسی باید در نظر گرفته شود، اما در محاسبات معمولی از آنها صرف نظر می شود.

مقدار این ضریب می تواند از 0 تا 1 ( اگر محاسبه به صورت درصد انجام شود، از 0٪ تا 100٪). از فرمول محاسبه دشوار نیست درک کنید که هر چه مقدار آن بیشتر باشد، جزء فعال بیشتر است، به این معنی که عملکرد دستگاه بهتر است.

مفهوم قدرت کل مثلث ظرفیت

توان ظاهری یک مقدار محاسبه شده هندسی است که به ترتیب برابر با ریشه مجموع مجذورهای توان فعال و راکتیو است. با حرف لاتین S مشخص می شود.

اس = U⋅I

مهم!توان ظاهری بر حسب ولت آمپر اندازه گیری می شود ( VA).

مثلث توان یک نمایش راحت از تمام محاسبات و روابط بین توان فعال، راکتیو و ظاهری است که قبلاً توضیح داده شد.

پاها اجزای فعال و واکنشی را منعکس می کنند، هیپوتنوز - قدرت کامل. طبق قوانین هندسه، کسینوس زاویه φ برابر است با نسبت اجزای فعال و کل، یعنی ضریب توان است.

چگونه توان فعال، راکتیو و ظاهری را پیدا کنیم. مثال محاسبه

تمام محاسبات بر اساس فرمول های ذکر شده قبلی و مثلث قدرت است. بیایید به مشکلی نگاه کنیم که اغلب در عمل با آن مواجه می‌شویم.

به طور معمول، وسایل الکتریکی قدرت فعال و مقدار ضریب cosφ را نشان می دهند. با داشتن این داده ها به راحتی می توان مولفه های راکتیو و کل را محاسبه کرد.

برای این کار توان اکتیو را بر ضریب cosφ تقسیم کرده و حاصل ضرب جریان و ولتاژ را بدست آورید. این قدرت کامل خواهد بود.

چگونه cosφ در عمل اندازه گیری می شود

مقدار ضریب cosφ معمولاً روی برچسب های لوازم الکتریکی نشان داده می شود ، اما در صورت لزوم اندازه گیری آن در عمل ، از یک دستگاه تخصصی - فاز متر استفاده می شود. یک وات متر دیجیتال نیز می تواند به راحتی از عهده این کار برآید.

اگر ضریب cosφ حاصل به اندازه کافی کم باشد، می توان آن را عملا جبران کرد. این امر عمدتاً با گنجاندن وسایل اضافی در مدار انجام می شود.

1. در صورت نیاز به تصحیح جزء راکتیو، باید یک عنصر راکتیو در مدار گنجانده شود که برخلاف دستگاهی که قبلاً کار می کند عمل می کند. برای جبران عملکرد یک موتور ناهمزمان، به عنوان مثال یک بار القایی، یک خازن به صورت موازی متصل می شود. یک آهنربای الکتریکی برای جبران موتور سنکرون متصل شده است.
2. در صورت نیاز به تصحیح مسائل غیرخطی، یک تصحیح کننده ضریب cosφ غیرفعال به مدار وارد می شود، به عنوان مثال، می تواند یک سلف با اندوکتانس بالا باشد که به صورت سری با بار متصل شده است.

قدرت یکی از مهمترین شاخص های لوازم الکتریکی است، بنابراین دانستن اینکه چیست و چگونه محاسبه می شود نه تنها برای دانش آموزان مدرسه و افراد متخصص در زمینه فناوری، بلکه برای هر یک از ما مفید است.