Încă o dată despre putere: activă, reactivă, aparentă (P, Q, S), precum și factorul de putere (PF). Formula curentă a puterii

Puterea curentului electric este viteza de lucru efectuată de circuit. Definiție simplă, probleme cu înțelegerea. Puterea este împărțită în activă, reactivă. Și începe...

Lucru de curent electric, putere

Când o sarcină se mișcă de-a lungul unui conductor, câmpul lucrează asupra ei. Valoarea este caracterizată de stres, în contrast cu tensiunea din spațiul liber. Sarcinile se deplasează în direcția potențialelor descrescătoare și este necesară o sursă de energie pentru a menține procesul. Tensiunea este numeric egală cu munca câmpului atunci când se deplasează în zona unei singure sarcini (1 C). În cursul interacțiunilor, energia electrică este transformată în alte forme. Prin urmare, este necesar să se introducă o unitate universală, o monedă fizică liber convertibilă. În organism, ATP acționează ca o măsură, electricitatea - munca câmpului.

Arc electric

În diagramă, momentul conversiei energiei este afișat sub formă de surse EMF. Dacă generatoarele sunt direcționate într-o direcție, consumatorul - neapărat în cealaltă. Un fapt clar reflectă procesul de consum de energie, selecția din surse de energie. EMF poartă semnul opus, adesea numit back-EMF. Evitați confundarea conceptului cu fenomenul care apare în inductori atunci când alimentarea este oprită. Back EMF înseamnă tranziția energiei electrice în chimică, mecanică, lumină.

Consumatorul dorește să lucreze într-o anumită unitate de timp. Evident, mașina de tuns iarna nu intenționează să aștepte iarna, sperând să termine până la cină. Puterea sursei trebuie să asigure viteza de execuție specificată. Lucrarea este efectuată de un curent electric, prin urmare, se aplică și conceptul. Puterea poate fi activă, reactivă, utilă și pierderi de putere. Zonele indicate de circuitele fizice cu rezistențe sunt dăunătoare în practică, sunt costuri. Pe rezistențele conductoarelor se generează căldură, efectul Joule-Lenz duce la un consum excesiv de energie. O excepție sunt aparatele de încălzire, unde fenomenul este de dorit.

Lucrul util pe circuitele fizice este indicat de back-emf (o sursă convențională cu direcția opusă generatorului). Există mai multe expresii analitice pentru putere. Uneori este convenabil să folosiți unul, în alte cazuri - altul (vezi fig.):

Expresii curente de putere

1. Puterea este rata la care se lucrează.
2. Puterea este egală cu produsul dintre tensiune și curent.
3. Puterea cheltuită asupra acțiunii termice este egală cu produsul dintre rezistență și pătratul curentului.
4. Puterea cheltuită asupra acțiunii termice este egală cu raportul dintre pătratul tensiunii și rezistența.

Este mai ușor pentru o clemă de curent stocată să folosească a doua formulă. Indiferent de natura sarcinii, calculăm puterea. Numai activ. Puterea este determinată de mulți factori, inclusiv temperatura. Sub valoarea nominală a dispozitivului, ne referim la valoarea dezvoltată în starea staționară. Pentru încălzitoare, trebuie utilizată a treia, a patra formulă. Puterea depinde în întregime de parametrii rețelei de alimentare. Proiectat pentru a funcționa cu 110 volți AC în condiții europene, se va arde rapid.

Circuite trifazate

Pentru începători, circuitele trifazate par complicate, de fapt, aceasta este o soluție tehnică mai elegantă. Chiar și electricitatea este furnizată casei prin trei linii. In interior intrarea este impartita in apartamente. Mai confuz este faptul că unele dispozitive trifazate sunt lipsite de împământare, un fir neutru. Circuite cu neutru izolat. Nu este necesar un fir neutru, curentul este returnat la sursă prin liniile de fază. Desigur, încărcarea aici pe fiecare nucleu este crescută. Cerințele PUE stipulează separat tipul de rețea. Pentru circuitele trifazate, sunt introduse următoarele concepte, despre care trebuie să aveți o idee pentru a calcula corect puterea:

Circuit trifazat cu neutru izolat

• Tensiunea de fază, curentul se numește, respectiv, diferența de potențial și viteza de mișcare a sarcinii între fază și neutru. Este clar că în cazul specificat mai sus cu izolare completă, formulele vor fi invalide. Pentru că nu există neutru.
• Tensiunea liniară, curentul se numește, respectiv, diferența de potențial sau viteza de mișcare a sarcinii între oricare două faze. Cifrele sunt clare din context. Când vorbim de rețele de 400 de volți, înseamnă trei fire, diferența de potențial cu neutrul este de 230 de volți. Tensiunea de linie este mai mare decât tensiunea de fază.

Există o schimbare de fază între tensiune și curent. Despre ce tace fizica școlară. Fazele se potrivesc dacă sarcina este activă 100% (rezistoare simple). Altfel, există o schimbare. În inductanță, curentul întârzie tensiunea cu 90 de grade, în capacitate duce. Adevărul simplu este ușor de reținut după cum urmează (abordare lină a puterii reactive). Partea imaginară a rezistenței inductanței este jωL, unde ω este frecvența circulară egală cu cea obișnuită (în Hz) înmulțită cu 2 numere Pi; j este un operator care indică direcția vectorului. Acum scriem legea lui Ohm: U = I R = I jωL.

Se vede din egalitate: tensiunea trebuie așezată la 90 de grade la trasarea diagramei, curentul va rămâne pe axa absciselor (axa X orizontală). Rotația conform regulilor ingineriei radio este în sens invers acelor de ceasornic. Acum adevărul este evident: curentul întârzie cu 90 de grade. Prin analogie, vom compara pentru un condensator. Rezistența la curent alternativ sub formă imaginară arată astfel: -j / ωL, semnul indică: tensiunea va trebui să fie stabilită, perpendicular pe axa absciselor. Prin urmare, curentul conduce în fază cu 90 de grade.

În realitate, în paralel cu partea imaginară, există una reală - se numește rezistență activă. Firul bobinei este reprezentat de un rezistor, fiind răsucit, capătă proprietăți inductive. Prin urmare, unghiul real de fază nu va fi de 90 de grade, puțin mai puțin.

Și acum puteți trece la formulele pentru puterea curentă a circuitelor trifazate. Aici linia formează o schimbare de fază. Între tensiune și curent și în raport cu o altă linie. De acord, fără cunoștințele prezentate cu atenție de către autori, faptul nu poate fi realizat. Între liniile unei rețele industriale trifazate, o deplasare de 120 de grade (o viraj completă este de 360 ​​de grade). Va oferi uniformitate de rotație a câmpului în motoare, pentru consumatorii obișnuiți este indiferent. Este mai convenabil pentru generatoarele hidroelectrice - sarcina este echilibrată. Deplasarea are loc între linii, în fiecare curent curentul conduce tensiunea sau rămâne în urmă:

1. Dacă linia este simetrică, deplasările curente între orice faze sunt de 120 de grade, formula este extrem de simplă. Dar! Dacă sarcina este simetrică. Să ne uităm la imagine: faza f nu este de 120 de grade, ea caracterizează deplasarea dintre tensiunea și curentul fiecărei linii. Se presupune că au pornit motorul cu trei înfășurări echivalente, se obține acest rezultat. Dacă sarcina este dezechilibrată, luați-vă de cap să faceți calculele pentru fiecare linie separat, apoi adăugați rezultatele pentru a obține curentul total.
2. Al doilea grup de formule este dat pentru circuitele trifazate cu neutru izolat. Se presupune că curentul de la o linie trece prin cealaltă. Neutrul lipsește ca fiind inutil. Prin urmare, tensiunile sunt luate nu de fază (nimic din care să se ia în calcul), ca formula anterioară, ci liniare. În consecință, numerele arată ce parametru trebuie luat. Nu vă mai temeți de literele grecești - faze între doi parametri multiplicați. Numerele sunt schimbate (1.2 sau 2.1) pentru a explica corect semnul.
3. Într-un circuit asimetric, tensiunea de fază și curentul reapar. Aici calculul se efectuează separat pentru fiecare linie. Nu există opțiuni.

În practică, măsurați puterea curentului

S-a sugerat că puteți folosi cleme de curent. Dispozitivul vă va permite să determinați parametrii de croazieră ai burghiului. Accelerația poate fi detectată numai cu mai multe experimente, procesul este extrem de rapid, frecvența modificărilor afișajului nu este mai mare de 3 ori pe secundă. Clemele de curent arată o eroare. Practica arată că este dificil să se realizeze eroarea indicată în pașaport.

Mai des, contoarele sunt folosite pentru a evalua puterea (pentru plățile către companiile furnizori), wattmetrele (în scopuri personale și de serviciu). Dispozitivul pointer conține o pereche de bobine fixe, prin care circulă curentul circuitului, un cadru mobil, pentru inducerea tensiunii prin conectarea sarcinii în paralel. Designul este conceput pentru a implementa imediat formula de putere maximă (vezi Fig.). Curentul este înmulțit cu tensiunea și un anumit coeficient care ține cont de gradarea scalei, și de cosinusul defazajului dintre parametri. După cum sa menționat mai sus, deplasarea se încadrează în 90 - minus 90 de grade, prin urmare, cosinusul este pozitiv, cuplul săgeții este îndreptat într-o singură direcție.

Nu există nicio modalitate de a spune dacă sarcina este inductivă sau capacitivă. Dar dacă este conectat incorect la circuit, citirile vor fi negative (blocare în lateral). Un eveniment similar va avea loc dacă consumatorul începe brusc să dea putere înapoi sarcinii (se întâmplă). În dispozitivele moderne, se întâmplă ceva similar, calculele sunt efectuate de un modul electronic care integrează consumul de energie, sau citește citirile de putere. În loc de săgeată, există un indicator electronic și multe alte opțiuni utile.

Măsurătorile în circuite asimetrice cu neutru izolat provoacă probleme deosebite, unde este imposibil să se adauge direct puterile fiecărei linii. Wattmetrele împărtășesc principiul de funcționare:

1. Electrodinamic. Descris în secțiune. Ele constau dintr-o bobină mobilă și două bobine fixe.
2. Ferodinamic. Îmi amintește de un motor cu poli umbrit.
3. Cu un pătrat. Caracteristica amplitudine-frecvență a unui element neliniar (de exemplu, o diodă), asemănătoare unei parabole, este utilizată pentru a pătra o mărime electrică (folosită în calcule).
4. Cu senzor Hall. Dacă inducția se face folosind o bobină proporțională cu tensiunea câmpului magnetic din senzor, se aplică un curent, EMF va fi rezultatul înmulțirii celor două valori. Valoarea dorită.
5. Comparatoare. Mărește treptat semnalul de referință până la atingerea parității. Instrumentele digitale ating o precizie ridicată.

În circuitele cu o schimbare de fază puternică, se utilizează un wattmetru sinusoid pentru a evalua pierderile. Proiectarea este similară cu cea considerată, poziția spațială este astfel încât se calculează puterea reactivă (vezi Fig.). În acest caz, produsul dintre curent și tensiune este înmulțit cu sinusul unghiului de fază. Măsurăm puterea reactivă cu un wattmetru (activ) convențional. Există mai multe metode. De exemplu, într-un circuit simetric trifazat, trebuie să includeți o înfășurare în serie într-o linie și o înfășurare paralelă în alte două. Apoi se fac calcule: citirile dispozitivului sunt înmulțite cu rădăcina lui trei (ținând cont de faptul că produsul dintre curent, tensiune și sinusul unghiului dintre ele este pe indicator).

Pentru un circuit trifazat cu asimetrie simplă, sarcina devine mai complicată. Figura prezintă tehnica a două wattmetre (ferodinamice sau electrodinamice). Începutul înfășurărilor este indicat prin asteriscuri. Curentul trece prin serie, tensiunea din două faze este aplicată paralelei (una prin rezistor). Se adaugă suma algebrică a citirilor ambelor wattmetre, înmulțită cu rădăcina lui trei pentru a obține valoarea puterii reactive.

Din scrisoarea unui client:
Spune-mi, pentru numele lui Dumnezeu, de ce puterea UPS-ului este indicată în Volți-Amperi, și nu în kilowați obișnuiți pentru toți. Este foarte stresant. La urma urmei, toată lumea a fost de mult obișnuită cu kilowați. Da, iar puterea tuturor dispozitivelor este indicată în principal în kW.
Alexei. 21 iunie 2007

Specificațiile tehnice ale oricărui UPS indică puterea aparentă [kVA] și puterea activă [kW] - ele caracterizează capacitatea de încărcare a UPS-ului. Exemplu, vezi imaginile de mai jos:

Puterea nu tuturor dispozitivelor este indicată în W, de exemplu:

• Puterea transformatoarelor este indicată în VA:
  http://www.mstator.ru/products/sonstige/powertransf (transformatoare TP: vezi atașamentul)
  http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (transformatoare TSGL: vezi atașamentul)
• Puterea condensatoarelor este indicată în Vars:
  http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (condensatori K78-39: vezi anexa)
  http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (condensatori din Marea Britanie: vezi atașamentul)
• Pentru exemple de alte sarcini, consultați anexele de mai jos.

Caracteristicile de putere ale sarcinii pot fi setate precis cu un singur parametru (putere activă în W) numai în cazul curentului continuu, deoarece există un singur tip de rezistență în circuitul de curent continuu - rezistența activă.

Caracteristicile de putere ale sarcinii pentru cazul curentului alternativ nu pot fi specificate cu precizie cu un singur parametru, deoarece există două tipuri diferite de rezistență în circuitul de curent alternativ - activ și reactiv. Prin urmare, doar doi parametri: puterea activă și puterea reactivă caracterizează cu exactitate sarcina.

Principiul de funcționare al rezistențelor active și reactive este complet diferit. Rezistență activă - transformă ireversibil energia electrică în alte tipuri de energie (termică, luminoasă etc.) - exemple: lampă cu incandescență, încălzitor electric (paragraful 39, clasa de fizică 11 V.A. Kasyanov M .: Bustard, 2007).

Reactanța - acumulează alternativ energie și apoi o dă înapoi rețelei - exemple: condensator, inductor (paragraful 40.41, clasa de fizică 11 V.A. Kasyanov M .: Bustard, 2007).

Puteți citi mai departe în orice manual de inginerie electrică că puterea activă (disipată în rezistență ohmică) se măsoară în wați, iar puterea reactivă (circulată prin reactanță) este măsurată în vars; Încă doi parametri sunt utilizați și pentru a caracteriza puterea de sarcină: puterea totală și factorul de putere. Toate aceste 4 opțiuni:

1. Puterea activă: desemnare P, unitate: Watt
2. Putere reactivă: denumire Q, unitate: VAR(Volt Ampere Reactiv)
3. Putere brută: desemnare S, unitate: VA(Volt Amperi)
4. Factor de putere: denumire k sau cosФ, unitate de măsură: mărime adimensională

Acești parametri sunt legați prin relațiile: S*S=P*P+Q*Q, cosФ=k=P/S

De asemenea cosФ se numește factor de putere ( factor de putere – PF)

Prin urmare, în inginerie electrică, oricare dintre acești parametri sunt dați pentru caracteristicile de putere, deoarece restul poate fi găsit din acești doi.

De exemplu, motoare electrice, lămpi (descărcare) - în acelea. datele sunt P[kW] și cosФ:
http://www.mez.by/dvigatel/air_table2.shtml (motoare AIR: vezi atașamentul)
http://www.mscom.ru/katalog.php?num=38 (Lămpi DRL: vezi anexa)
(vezi anexa de mai jos pentru exemple de date tehnice pentru diferite sarcini)

La fel este și cu sursele de alimentare. Puterea lor (capacitatea de încărcare) este caracterizată de un parametru pentru sursele de curent continuu - puterea activă (W) și doi parametri pentru sursă. alimentare de curent alternativ. De obicei, acești doi parametri sunt puterea aparentă (VA) și puterea activă (W). Vezi, de exemplu, parametrii grupului electrogen și UPS.

Majoritatea aparatelor de birou și de uz casnic sunt active (nu există reactanță sau puțină), așa că puterea lor este indicată în wați. În acest caz, la calcularea sarcinii, se utilizează valoarea puterii UPS-ului în wați. Dacă sarcina sunt computere cu surse de alimentare (PSU) fără corecție a factorului de putere de intrare (APFC), o imprimantă laser, un frigider, un aparat de aer condiționat, un motor electric (de exemplu, o pompă submersibilă sau un motor ca parte a unei mașini) , lămpi fluorescente cu balast etc. - toate ieșirile sunt utilizate în calcul . Date UPS: kVA, kW, caracteristici de suprasarcină etc.

Vedeți manualele de inginerie electrică, de exemplu:

1. Evdokimov F. E. Fundamentele teoretice ale ingineriei electrice. - M.: Centrul editorial „Academia”, 2004.

2. Nemtsov M. V. Inginerie electrică și electronică. - M.: Centrul editorial „Academia”, 2007.

3. Chastoyedov L. A. Inginerie electrică. - M.: Liceu, 1989.

Vezi și puterea AC, factorul de putere, rezistența electrică, reactanța http://en.wikipedia.org
(traducere: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)

Aplicație

Exemplul 1: Puterea transformatoarelor și a autotransformatoarelor este indicată în VA (Volt Amperi)

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

http://www.gstransformers.com/products/voltage-regulators.html (LATR / autotransformatoare de laborator TDGC2)

Exemplul 2: puterea condensatoarelor este indicată în Vars (Volt Amperi reactiv)

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

http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (condensatori din Marea Britanie)

Exemplul 3: datele tehnice ale motoarelor electrice conțin puterea activă (kW) și cosФ

Pentru sarcini precum motoare electrice, lămpi (descărcare), surse de alimentare pentru calculatoare, sarcini combinate etc. - datele tehnice indică P [kW] și cosФ (putere activă și factor de putere) sau S [kVA] și cosФ (putere aparentă și factor de putere putere).

http://www.weiku.com/products/10359463/Stainless_Steel_cutting_machine.html
(sarcină combinată - mașină de tăiat cu plasmă din oțel / Cutter cu plasmă cu invertor LGK160 (IGBT)

http://www.silverstonetek.com.tw/product.php?pid=365&area=en (sursa de alimentare pentru computer)

Adaosul 1

Dacă sarcina are un factor de putere mare (0,8 ... 1,0), atunci proprietățile sale se apropie de sarcina activă. O astfel de sarcină este ideală atât pentru linia de rețea, cât și pentru sursele de alimentare, deoarece. nu generează curenți și puteri reactive în sistem.

Prin urmare, în multe țări au fost adoptate standarde care normalizează factorul de putere al echipamentelor.

Suplimentul 2

Echipamentele cu o singură sarcină (de exemplu, o sursă de alimentare pentru PC) și echipamentele combinate cu mai multe componente (de exemplu, o mașină de frezat industrială care include mai multe motoare, un PC, iluminat etc.) au factori de putere mici (mai puțin de 0,8) de unitățile interne (de exemplu, un redresor de alimentare pentru PC sau un motor electric au factor de putere 0,6 .. 0,8). Prin urmare, în prezent, majoritatea echipamentelor au un corector de factor de putere de intrare. În acest caz, factorul de putere de intrare este de 0,9 ... 1,0, ceea ce este în conformitate cu standardele de reglementare.

Anexa 3. Notă importantă privind factorul de putere al UPS-urilor și stabilizatorilor de tensiune

Capacitatea de sarcină a UPS și DGU este normalizată la o sarcină industrială standard (factor de putere 0,8 cu caracter inductiv). De exemplu, UPS 100 kVA / 80 kW. Aceasta înseamnă că dispozitivul poate furniza o sarcină activă de putere maximă de 80 kW sau o sarcină mixtă (activ-reactivă) de putere maximă 100 kVA cu un factor de putere inductiv de 0,8.

La stabilizatoarele de tensiune, situația este diferită. Pentru stabilizator, factorul de putere de sarcină este indiferent. De exemplu, un regulator de tensiune de 100 kVA. Aceasta înseamnă că dispozitivul poate furniza o sarcină activă cu o putere maximă de 100 kW, sau orice altă putere (pur activă, pur reactivă, mixtă) de 100 kVA sau 100 kVAr cu orice factor de putere capacitiv sau inductiv. Rețineți că acest lucru este valabil pentru o sarcină liniară (fără armonici de curent mai mari). Cu o distorsiune armonică mare a curentului de sarcină (THD mare), puterea de ieșire a stabilizatorului este redusă.

Suplimentul 4

Exemple ilustrative de sarcini rezistive pure și reactive pure:

• O lampă incandescentă de 100 W este conectată la rețeaua de curent alternativ 220 VAC - există curent de conducție peste tot în circuit (prin conductorii de sârmă și părul de tungsten al lămpii). Caracteristici de sarcină (lămpi): putere S=P~=100 VA=100 W, PF=1 => toată puterea electrică este activă, ceea ce înseamnă că este complet absorbită în lampă și se transformă în energie termică și luminoasă.
• Un condensator nepolar de 7 uF este conectat la rețeaua de 220 VAC AC - există un curent de conducere în circuitul firului, un curent de polarizare curge în interiorul condensatorului (prin dielectric). Caracteristicile sarcinii (condensator): putere S=Q~=100 VA=100 VAr, PF=0 => toată puterea electrică este reactivă, ceea ce înseamnă că circulă constant de la sursă la sarcină și înapoi, din nou la sarcină, etc.

Suplimentul 5

Pentru a indica reactanța predominantă (inductivă sau capacitivă), semnul este atribuit factorului de putere:

+ (plus)– dacă reactanța totală este inductivă (exemplu: PF=+0,5). Faza curentă întârzie faza de tensiune cu un unghi F.

- (minus)– dacă reactanța totală este capacitivă (exemplu: PF=-0,5). Faza curentului conduce faza tensiunii cu un unghi F.

Suplimentul 6

Întrebări suplimentare

Intrebarea 1:
De ce toate manualele de inginerie electrică folosesc numere/cantități imaginare (de exemplu, putere reactivă, reactanță etc.) care nu există în realitate atunci când se calculează circuitele AC?

Răspuns:
Da, toate cantitățile individuale din lumea înconjurătoare sunt reale. Inclusiv temperatura, reactanța etc. Utilizarea numerelor imaginare (complexe) este doar un truc matematic care face calculele mai ușoare. Rezultatul calculului este în mod necesar un număr real. Exemplu: puterea reactivă a unei sarcini (condensator) de 20 kvar este fluxul de energie real, adică wați reali care circulă în circuitul sursă-sarcină. Dar pentru a distinge acești wați de wați absorbiți iremediabil de sarcină, acești „wați în circulație” au decis să numească Volt·Amps reactivi.

Cometariu:
Anterior, în fizică se foloseau doar cantități individuale, iar în calcul, toate cantitățile matematice corespundeau cantităților reale ale lumii înconjurătoare. De exemplu, distanța este egală cu viteza cu timpul (S=v*t). Apoi, odată cu dezvoltarea fizicii, adică pe măsură ce obiectele mai complexe (lumină, unde, curent electric alternativ, atom, spațiu etc.) au fost studiate, a apărut un număr atât de mare de mărimi fizice încât a devenit imposibil să se calculeze fiecare separat. . Aceasta nu este doar o problemă de calcul manual, ci și o problemă de compilare a programelor de calculator. Pentru a rezolva această problemă, mărimile unice apropiate au început să fie combinate în altele mai complexe (inclusiv 2 sau mai multe mărimi simple), respectând legile de transformare cunoscute în matematică. Așa au apărut mărimile scalare (single) (temperatură etc.), vectoriale și complexe duale (impedanță etc.), vector triple (vector câmp magnetic etc.) și mărimi mai complexe - matrice și tensoare (dielectrice). tensor de permitivitate, tensor Ricci și alții). Pentru a simplifica calculele în inginerie electrică, sunt utilizate următoarele mărimi duale imaginare (complexe):

1. Impedanta (impedanta) Z=R+iX
2. Puterea aparentă S=P+iQ
3. Constanta dielectrica e=e"+ie"
4. Permeabilitatea magnetică m=m"+im"
5. si etc.

Intrebarea 2:

Pagina http://en.wikipedia.org/wiki/Ac_power arată S P Q Ф pe plan complex, adică imaginar/inexistent. Ce legătură au toate acestea cu realitatea?

Răspuns:
Este dificil să se efectueze calcule cu sinusoide reale, prin urmare, pentru a simplifica calculele, se utilizează o reprezentare vectorială (complexă), ca în Fig. de mai sus. Dar asta nu înseamnă că S P Q prezentate în figură nu sunt legate de realitate. Valorile reale ale S P Q pot fi reprezentate în mod obișnuit, pe baza măsurătorilor semnalelor sinusoidale cu un osciloscop. Valorile lui S P Q Ф I U în circuitul AC sursă-sarcină depind de sarcină. Mai jos este un exemplu de semnale sinusoidale reale S P Q și F pentru cazul unei sarcini constând din rezistențe active și reactive (inductive) conectate în serie.

Întrebarea 3:
Cu cleme de curent convenționale și un multimetru, a fost măsurat un curent de sarcină de 10 A, iar tensiunea la sarcină a fost de 225 V. Înmulțim și obținem puterea de sarcină în W: 10 A 225V \u003d 2250 W.

Răspuns:
Ați primit (calculat) puterea totală de sarcină de 2250 VA. Prin urmare, răspunsul dvs. va fi valabil numai dacă sarcina dvs. este pur rezistivă, atunci într-adevăr Volt Amp este egal cu Watt. Pentru toate celelalte tipuri de sarcini (de exemplu, un motor electric) - nr. Pentru a măsura toate caracteristicile oricărei sarcini arbitrare, trebuie să utilizați un analizor de rețea, cum ar fi APPA137:

Consultați literatura suplimentară, de exemplu:

Evdokimov F. E. Fundamentele teoretice ale ingineriei electrice. - M.: Centrul editorial „Academia”, 2004.

Nemtsov M.V. Inginerie electrică și electronică. - M.: Centrul editorial „Academia”, 2007.

Chastoyedov L.A. Inginerie electrică. - M.: Liceu, 1989.

Putere AC, factor de putere, rezistență electrică, reactanță
http://en.wikipedia.org (traducere: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)

Teoria și calculul transformatoarelor de putere mică Yu.N. Starodubtsev / RadioSoft Moscow 2005 / rev d25d5r4feb2013

Conectarea la o rețea electrică de uz casnic sau industrial a unui consumator a cărui putere este mai mare decât cea pentru care este proiectat cablul sau firul este plină de consecințe cele mai neplăcute și uneori catastrofale. Cu o organizare adecvată a cablajului electric în interiorul locuinței, întreruptoarele vor funcționa în mod constant sau siguranțele (ștecherele) se vor arde.

Dacă protecția nu este făcută corect sau deloc, acest lucru poate duce la:

• la arderea firului sau cablului de alimentare;
• topirea izolației și scurtcircuit între fire;
• supraîncălzirea miezurilor cablurilor de cupru sau aluminiu și foc.

Prin urmare, înainte de a conecta consumatorul la rețeaua electrică, este de dorit să se cunoască nu numai puterea electrică de pe plăcuța de identificare, ci și curentul consumat din rețea.

Calculul consumului de energie

Formula de calcul a puterii în funcție de curent și tensiune este familiară de la cursul de fizică din școală. Calculul puterii curentului electric (în wați) pentru o rețea monofazată se efectuează conform expresiei:

• unde U este tensiunea în volți
• I - curent în amperi;
• Cosφ - factor de putere, în funcție de natura sarcinii.

Poate apărea întrebarea - de ce avem nevoie de o formulă pentru calcularea puterii prin curent, când poate fi găsită din pașaportul dispozitivului conectat? Determinarea parametrilor electrici, inclusiv consumul de putere și curent, este necesară în faza de proiectare a cablajului electric. Secțiunea transversală a firului sau cablului este determinată de curentul maxim care curge în rețea. Pentru a calcula curentul după putere, puteți utiliza formula convertită:

Factorul de putere depinde de tipul de sarcină (activă sau reactivă). Pentru calculele casnice, se recomandă ca valoarea acestuia să fie luată egală cu 0,90 ... 0,95. Cu toate acestea, atunci când conectați sobe electrice, încălzitoare, lămpi cu incandescență, a căror sarcină este considerată activă, acest coeficient poate fi considerat egal cu 1.

Formulele de mai sus pentru calcularea puterii în funcție de curent și tensiune pot fi utilizate pentru o rețea monofazată cu o tensiune de 220,0 volți. Pentru o rețea trifazată, au un aspect ușor modificat.

Calculul puterii consumatorilor trifazici

Determinarea consumului de energie pentru o rețea trifazată are propriile sale specificități. Formula de calcul a puterii curentului electric a consumatorilor casnici trifazici este:

P=3,00,5×U×I×Cosφ sau 1,73×U×I×Cosφ,

Caracteristici de calcul

Formulele de mai sus sunt pentru calcule simplificate ale gospodăriei. La determinarea parametrilor efectivi trebuie luată în considerare conexiunea efectivă. Un exemplu tipic este calculul consumului de energie de la o baterie. Deoarece curentul din circuit curge constant, factorul de putere nu este luat în considerare, deoarece natura sarcinii nu afectează consumul de energie. Și pentru consumatorii activi și reactivi, valoarea sa este luată egală cu 1,0.

A doua nuanță care trebuie luată în considerare la efectuarea calculelor electrice de uz casnic este valoarea reală a tensiunii. Nu este un secret pentru nimeni că, în zonele rurale, tensiunea rețelei poate fluctua într-un interval destul de larg. Prin urmare, atunci când se utilizează formule de calcul, este necesar să se înlocuiască valorile reale ale parametrilor din acestea.

Sarcina de a calcula consumatorii trifazici este și mai dificilă. La determinarea curentului care curge în rețea, este necesar să se ia în considerare suplimentar tipul de conexiune - „stea” sau „triunghi”.

Când proiectați cablajul electric într-o cameră, trebuie să începeți prin a calcula puterea curentului în circuite. O eroare în acest calcul poate fi costisitoare. O priză electrică se poate topi dacă curentul este prea puternic pentru ea. Dacă curentul din cablu este mai mare decât cel calculat pentru un anumit material și secțiune transversală a miezului, cablajul se va supraîncălzi, ceea ce poate duce la topirea firului, ruperea sau scurtcircuitul în rețea cu consecințe neplăcute, printre care și necesitatea unei înlocuiri complete a cablurilor electrice nu este cea mai rea.

Cunoașterea puterii curentului din circuit este, de asemenea, necesară pentru selectarea întrerupătoarelor, care ar trebui să ofere o protecție adecvată împotriva suprasarcinii rețelei. Dacă mașina stă cu o marjă mare la valoarea nominală, în momentul în care este declanșată, este posibil ca echipamentul să fie deja defect. Dar dacă curentul nominal al întreruptorului este mai mic decât curentul care apare în rețea la sarcini de vârf, mașina te va înnebuni, dezactivând constant camera atunci când pornești fierul de călcat sau ceainic.

Formula de calcul a puterii unui curent electric

Conform legii lui Ohm, curentul (I) este proporțional cu tensiunea (U) și invers proporțional cu rezistența (R), iar puterea (P) este calculată ca produsul dintre tensiune și curent. Pe baza acesteia, se calculează curentul în secțiunea de rețea: I = P / U.

În condiții reale, la formulă se adaugă încă o componentă, iar formula pentru o rețea monofazată ia forma:

și pentru o rețea trifazată: I \u003d P / (1,73 * U * cos φ),

unde U pentru o rețea trifazată se presupune a fi 380 V, cos φ este factorul de putere, reflectând raportul dintre componentele active și reactive ale rezistenței de sarcină.

Pentru sursele de alimentare moderne, componenta reactivă este nesemnificativă, valoarea cos φ poate fi luată egală cu 0,95. Excepție fac transformatoarele puternice (de exemplu, mașini de sudură) și motoarele electrice, au o rezistență inductivă mare. În rețelele în care se plănuiește conectarea unor astfel de dispozitive, puterea maximă a curentului trebuie calculată folosind un factor cos φ de 0,8 sau puterea curentului ar trebui calculată folosind metoda standard și apoi un factor de multiplicare de 0,95 / 0,8 = 1,19. a fi aplicat.

Înlocuind valorile tensiunii efective de 220 V / 380 V și un factor de putere de 0,95, obținem I \u003d P / 209 pentru o rețea monofazată și I \u003d P / 624 pentru o rețea trifazată, adică într-o rețea trifazată cu aceeași sarcină, curentul este de trei ori mai mic. Nu există niciun paradox aici, deoarece cablarea trifazată oferă fire trifazate și, cu o sarcină uniformă pe fiecare dintre faze, este împărțită în trei. Deoarece tensiunea dintre fiecare fază și firele neutre de lucru este de 220 V, formula poate fi, de asemenea, rescrisă într-o formă diferită, deci este mai clar: I \u003d P / (3 * 220 * cos φ).

Selectăm valoarea nominală a întreruptorului

Aplicând formula I \u003d P / 209, obținem că, cu o sarcină cu o putere de 1 kW, curentul într-o rețea monofazată va fi de 4,78 A. Tensiunea din rețelele noastre nu este întotdeauna exact 220 V, așa că Nu va fi o mare greșeală să calculați puterea curentului cu o marjă mică de 5 A pentru fiecare kilowatt de sarcină. Este imediat clar că nu este recomandat să porniți un fier de călcat cu o putere de 1,5 kW într-un prelungitor marcat „5 A”, deoarece curentul va fi de o ori și jumătate mai mare decât valoarea pașaportului. Și puteți „calibra” imediat valorile standard ale mașinilor și puteți determina pentru ce sarcină sunt proiectate:

• 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.

Folosind tehnica „5 amperi per kilowatt”, puteți estima puterea curentului care apare în rețea la conectarea dispozitivelor de uz casnic. Suntem interesați de sarcinile de vârf din rețea, așa că pentru calcul ar trebui să utilizați consumul maxim de energie, și nu media. Aceste informații sunt cuprinse în documentația produsului. Nu merită să calculați singur acest indicator, însumând capacitățile de pe plăcuța de identificare ale compresoarelor, motoarelor electrice și elementelor de încălzire incluse în dispozitiv, deoarece există și un indicator precum eficiența, care va trebui estimat speculativ cu riscul de a face o mare greseala.

Atunci când proiectați cablajul electric într-un apartament sau o casă de țară, compoziția și datele pașapoartelor echipamentelor electrice care vor fi conectate nu sunt întotdeauna cunoscute cu siguranță, dar puteți utiliza datele indicative ale aparatelor electrice comune vieții noastre de zi cu zi:

• saună electrică (12 kW) - 60 A;
• aragaz electric (10 kW) - 50 A;
• plita (8 kW) - 40 A;
• boiler electric instantaneu (6 kW) - 30 A;
• masina de spalat vase (2,5 kW) - 12,5 A;
• masina de spalat rufe (2,5 kW) - 12,5 A;
• jacuzzi (2,5 kW) - 12,5 A;
• aer conditionat (2,4 kW) - 12 A;
• cuptor cu microunde (2,2 kW) - 11 A;
• boiler electric cu acumulare (2 kW) - 10 A;
• ceainic electric (1,8 kW) - 9 A;
• fier de călcat (1,6 kW) - 8 A;
• solar (1,5 kW) - 7,5 A;
• aspirator (1,4 kW) - 7 A;
• mașină de tocat carne (1,1 kW) - 5,5 A;
• prăjitor de pâine (1 kW) - 5 A;
• aparat de cafea (1 kW) - 5 A;
• uscator de par (1 kW) - 5 A;
• computer desktop (0,5 kW) - 2,5 A;
• frigider (0,4 kW) - 2 A.

Consumul de energie al corpurilor de iluminat și al electronicelor de larg consum este mic, în general, puterea totală a corpurilor de iluminat poate fi estimată la 1,5 kW și este suficientă o mașină de 10 A pe grup de iluminat. Electronicele de larg consum sunt conectate la aceleași prize ca și fierele de călcat, nu este recomandabil să îi rezervați energie suplimentară.

Dacă rezumați toate aceste curente, cifra este impresionantă. În practică, capacitatea de a conecta sarcina este limitată de cantitatea de putere electrică alocată, pentru apartamentele cu o sobă electrică din casele moderne este de 10-12 kW și există o mașină automată cu o valoare nominală de 50 A la apartament. Iar acești 12 kW trebuie distribuiti, având în vedere că cei mai puternici consumatori s-au concentrat în bucătărie și baie. Cablajul va fi mai puțin îngrijorător dacă este împărțit în suficiente grupuri, fiecare cu propria sa mașină. Pentru o sobă electrică (plită), se realizează o intrare separată cu o mașină automată de 40 A și este instalată o priză cu un curent nominal de 40 A, nu trebuie conectat nimic altceva acolo. Pentru o mașină de spălat și alte echipamente de baie, se face un grup separat, cu o mașină automată de calificare corespunzătoare. Acest grup este de obicei protejat de un RCD cu un curent nominal cu 15% mai mare decât valoarea nominală a întreruptorului. În fiecare cameră sunt alocate grupuri separate pentru iluminat și pentru prize de perete.

Va dura ceva timp pentru a calcula puterile și curenții, dar puteți fi sigur că munca nu va fi în zadar. Cablajul electric proiectat și bine instalat este cheia pentru confortul și siguranța casei tale.

Funcționarea fără probleme a dispozitivului depinde de conformitatea caracteristicilor tehnice ale dispozitivului cu normele rețelei de alimentare. Cunoscând tensiunea, rezistența și curentul din circuit, electricianul va înțelege cum să găsească puterea. Formula de calcul a unui parametru important depinde de proprietățile rețelei la care este conectat consumatorul.

Munca energiei electrice

Dispozitivele mecanice și aparatele electrice sunt concepute pentru a lucra. Conform celei de-a doua legi a lui Newton, energia cinetică care acționează asupra unui punct material pentru o anumită perioadă de timp realizează o acțiune utilă. În electrodinamică, un câmp creat de o diferență de potențial transferă sarcini într-o secțiune a unui circuit electric.

Cantitatea de muncă efectuată de curent depinde de intensitatea energiei electrice. La mijlocul secolului al XIX-lea, D. P. Joule și E. H. Lenz rezolvau aceeași problemă. În experimentele efectuate, o bucată de sârmă cu rezistență mare a fost încălzită când trecea un curent prin ea. Oamenii de știință au fost interesați de întrebarea cum se calculează puterea circuitului. Pentru a înțelege procesul care are loc în explorator, ar trebui introduse următoarele definiții:

Puterea este munca efectuată de curent într-un conductor într-o anumită perioadă de timp. Enunțul este descris prin formula: P = A ∕ ∆t.

Pe secțiunea circuitului, diferența de potențial în punctele a și b face munca sarcinilor electrice în mișcare, care este determinată de ecuația: A \u003d U ∙ Q. Curentul este sarcina totală care a trecut în conductor pe unitate de timp , care se exprimă matematic prin raportul: U ∙ I = Q ∕∆t. După transformări, se obține formula pentru puterea curentului electric: P \u003d A ∕ ∆t \u003d U ∙ Q ∕ ∆t \u003d U ∙ I. Se poate susține că se lucrează în circuit, care depinde de puterea determinată de curentul și tensiunea la contactele dispozitivului electric conectat.

Performanță DC

Într-un circuit liniar fără condensatori și inductori, se respectă legea lui Ohm. Un om de știință german a descoperit relația dintre curent și tensiune din rezistența circuitului. Deschiderea se exprimă prin ecuația: I = U ∕ R. Cu o valoare cunoscută a rezistenței de sarcină, puterea se calculează în două moduri: P = I ² ∙ R sau P = U ² ∕ R.

Dacă curentul din circuit trece de la plus la minus, atunci energia rețelei este absorbită de consumator. Acest proces are loc atunci când bateria este încărcată. Dacă curentul se mișcă în direcția opusă, atunci puterea este transferată circuitului electric. Acest lucru se întâmplă atunci când rețeaua este alimentată de un generator în funcțiune.

Putere variabilă a rețelei

Calculul circuitelor variabile este diferit de calculul parametrului de performanță într-o linie DC. Acest lucru se datorează faptului că tensiunea și curentul se modifică în timp și direcție.

Într-un circuit cu o defazare a curentului și a tensiunii, sunt luate în considerare următoarele tipuri de putere:

1. Activ.
2. Reactiv.
3. Deplin.

Ingredient activ

Partea activă a puterii utile ia în considerare rata de conversie ireversibilă a energiei electrice în energie termică sau magnetică. Într-o linie de curent cu o fază, componenta activă se calculează prin formula: P = U ∙ I ∙ cos ϕ.

În sistemul internațional de unități SI, valoarea performanței este măsurată în wați. Unghiul ϕ determină decalajul de tensiune în raport cu curentul. Într-un circuit trifazat, partea activă este suma puterilor fiecărei faze individuale.

Pierdere inversă

Pentru funcționarea condensatoarelor, inductoarelor, înfășurărilor motoarelor electrice, puterea rețelei este cheltuită. Datorită proprietăților fizice ale unor astfel de dispozitive, energia, care este determinată de puterea reactivă, este returnată circuitului. Cantitatea de recul este calculată folosind ecuația: V = U ∙ I ∙ sin ϕ.

Unitatea de măsură este watul. Este posibil să se folosească o măsură de numărare în afara sistemului var, al cărei nume este compus din cuvintele englezești volt, amper, reaction. Traducerea în rusă înseamnă „volt”, „ampere”, „acțiune inversă”.

Dacă tensiunea conduce curentul, atunci defazajul este considerat a fi mai mare decât zero. În caz contrar, defazarea este negativă. În funcție de valoarea sin ϕ, componenta reactivă este pozitivă sau negativă. Prezența unei sarcini inductive în circuit ne permite să vorbim de o parte reversibilă mai mare decât zero, iar dispozitivul conectat consumă energie. Utilizarea condensatoarelor face performanța reactivă negativă, iar dispozitivul adaugă putere rețelei.

Pentru a evita suprasarcinile și modificările factorului de putere setat, în circuit sunt instalate compensatoare. Astfel de măsuri reduc pierderile de putere, reduc distorsiunea formei de undă a curentului și permit utilizarea unor fire mai mici.

Cu toata forta

Puterea electrică aparentă determină sarcina pe care consumatorul o plasează în rețea. Componentele active și reversibile sunt combinate cu puterea aparentă prin ecuația: S = √ (P² + V²).

Cu o sarcină inductivă, exponentul este V ˃ 0, iar utilizarea condensatoarelor face V ˂ 0. Absența condensatoarelor și inductorilor face ca partea reactivă să fie egală cu zero, ceea ce readuce formula la forma obișnuită: S = √ (P ² + V ²) = √ (P ² + 0) \u003d √ P ² \u003d P \u003d U ∙ I. Puterea aparentă este măsurată de unitatea din afara sistemului „volt-amperi”. Versiune prescurtată - B ∙ A.

Criteriul de utilitate

Factorul de putere caracterizează sarcina consumatoruluiîn ceea ce priveşte prezenţa părţii reactive a lucrării. În sens fizic, parametrul determină deplasarea curentului de la tensiunea aplicată și este egal cu cos ϕ. În practică, aceasta înseamnă cantitatea de căldură generată pe conductorii de legătură. Nivelul de încălzire poate atinge valori semnificative.

În industria energetică, factorul de putere este notat cu litera greacă λ. Intervalul de modificare este de la zero la unu sau de la 0 la 100%. La λ = 1, energia furnizată consumatorului este cheltuită în muncă, nu există o componentă reactivă. Valorile λ ≤ 0,5 sunt considerate nesatisfăcătoare.

Funcționarea fără probleme a dispozitivelor într-o linie electrică se datorează calculului corect al parametrilor tehnici. Un set de formule derivate din legile lui Joule - Lenz și Ohm ajută la găsirea puterii curente în circuit. O diagramă schematică, corect întocmită ținând cont de caracteristicile dispozitivelor utilizate, crește performanța rețelei electrice.