Активная электрическая мощность: активную, реактивную, полную[br] (P, Q, S), а также коэффициент мощности (PF)

активную, реактивную, полную[br] (P, Q, S), а также коэффициент мощности (PF)

Из письма клиента:
Подскажите, ради Бога, почему мощность ИБП указывается в Вольт-Амперах, а не в привычных для всех киловаттах. Это сильно напрягает. Ведь все уже давно привыкли к киловаттам. Да и мощность всех приборов в основном указана в кВт.
Алексей. 21 июнь 2007

 

 

В технических характеристиках любого ИБП указаны полная мощность [кВА] и активная мощность [кВт] – они характеризуют нагрузочную способность ИБП. Пример, см. фотографии ниже:

 

 

Мощность не всех приборов указана в Вт, например:

• Мощность трансформаторов указывается в ВА:
  http://www.mstator.ru/products/sonstige/powertransf (трансформаторы ТП: см приложение)
  http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (трансформаторы ТСГЛ: см приложение)
• Мощность конденсаторов указывается в Варах:
  http://www. elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (конденсаторы K78-39: см приложение)
  http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (конденсаторы УК: см приложение)
• Примеры других нагрузок — см. приложения ниже.

 

Мощностные характеристики нагрузки можно точно задать одним единственным параметром (активная мощность в Вт) только для случая постоянного тока, так как в цепи постоянного тока существует единственный тип сопротивления – активное сопротивление.

Мощностные характеристики нагрузки для случая переменного тока невозможно точно задать одним единственным параметром, так как в цепи переменного тока существует два разных типа сопротивления – активное и реактивное. Поэтому только два параметра: активная мощность и реактивная мощность точно характеризуют нагрузку.

Принцип действия активного и реактивного сопротивлений совершенно различный. Активное сопротивление – необратимо преобразует электрическую энергию в другие виды энергии (тепловую, световую и т.

д.) – примеры: лампа накаливания, электронагреватель (параграф 39, Физика 11 класс В.А. Касьянов М.: Дрофа, 2007).

Реактивное сопротивление – попеременно накапливает энергию затем выдаёт её обратно в сеть – примеры: конденсатор, катушка индуктивности (параграф 40,41, Физика 11 класс В.А. Касьянов М.: Дрофа, 2007).

Дальше в любом учебнике по электротехнике Вы можете прочитать, что активная мощность (рассеиваемая на активном сопротивлении) измеряется в ваттах, а реактивная мощность (циркулирующая через реактивное сопротивление) измеряется в варах; так же для характеристики мощности нагрузки используют ещё два параметра: полную мощность и коэффициент мощности. Все эти 4 параметра:

1. Активная мощность: обозначение P, единица измерения: Ватт
2. Реактивная мощность: обозначение Q, единица измерения: ВАр (Вольт Ампер реактивный)
3. Полная мощность: обозначение S, единица измерения: ВА (Вольт Ампер)
4. Коэффициент мощности: обозначение k или cosФ, единица измерения: безразмерная величина

Эти параметры связаны соотношениями:  S*S=P*P+Q*Q,   cosФ=k=P/S

Также cosФ называется коэффициентом мощности (Power Factor – PF)

Поэтому в электротехнике для характеристики мощности задаются любые два из этих параметров так как остальные могут быть найдены из этих двух.

Например, электромоторы, лампы (разрядные) — в тех. данных указаны P[кВт] и cosФ:

http://www.mez.by/dvigatel/air_table2.shtml (двигатели АИР: см. приложение)
http://www.mscom.ru/katalog.php?num=38 (лампы ДРЛ: см. приложение)
(примеры технических данных разных нагрузок см. приложение ниже)

То же самое и с источниками питания. Их мощность (нагрузочная способность) характеризуется одним параметром для источников питания постоянного тока – активная мощность (Вт), и двумя параметрами для ист. питания переменного тока. Обычно этими двумя параметрами являются полная мощность (ВА) и активная (Вт). См. например параметры ДГУ и ИБП.

Большинство офисной и бытовой техники, активные (реактивное сопротивление отсутствует или мало), поэтому их мощность указывается в Ваттах. В этом случае при расчёте нагрузки используется значение мощности ИБП в Ваттах. Если нагрузкой являются компьютеры с блоками питания (БП) без коррекции входного коэффициента мощности (APFC), лазерный принтер, холодильник, кондиционер, электромотор (например погружной насос или мотор в составе станка), люминисцентные балластные лампы и др.

– при расчёте используются все вых. данные ибп: кВА, кВт, перегрузочные характеристики и др.

 

См. учебники по электротехнике, например:

1. Евдокимов Ф. Е. Теоретические основы электротехники. — М.: Издательский центр «Академия», 2004.

2. Немцов М. В. Электротехника и электроника. — М.: Издательский центр «Академия», 2007.

3. Частоедов Л. А. Электротехника. — М.: Высшая школа, 1989.

Так же см. AC power, Power factor, Electrical resistance, Reactance http://en.wikipedia.org
(перевод: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)

 

---

Приложение

 

Пример 1: мощность трансформаторов и автотрансформаторов указывается в ВА (Вольт·Амперах)

Трансформаторы питания номинальной выходной мощностью 25-60 ВА
http://www.mstator.ru/products/sonstige/powertransf (трансформаторы ТП)

 

http://metz. by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (трансформаторы ТСГЛ)

 

		АОСН-2-220-82
	Латр 1.25	АОСН-4-220-82
	Латр 2.5	АОСН-8-220-82
		АОСН-20-220
		АОМН-40-220

http://www.gstransformers.com/products/voltage-regulators.html (ЛАТР / лабораторные автотрансформаторы TDGC2)

 

 

Пример 2: мощность конденсаторов указывается в Варах (Вольт·Амперах реактивных)

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

 

http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (конденсаторы УК)

 

 

Пример 3: технические данные электромоторов содержат активную мощность (кВт) и cosФ

Для таких нагрузок как электромоторы, лампы (разрядные), компьютерные блоки питания, комбинированные нагрузки и др. — в технических данных указаны P [кВт] и cosФ (активная мощность и коэффициент мощности) или S [кВА] и cosФ (полная мощность и коэффициент мощности).

http://www.mez.by/dvigatel/air_table2.shtml (двигатели АИР)

 

http://www.weiku.com/products/10359463/Stainless_Steel_cutting_machine.html
(комбинированная нагрузка – станок плазменной резки стали / Inverter Plasma cutter LGK160 (IGBT)

 

Технические данные разрядных ламп содержат активную мощность (кВт) и cosФ
http://www. mscom.ru/katalog.php?num=38 (лампы ДРЛ)

 

http://www.silverstonetek.com.tw/product.php?pid=365&area=en (блок питания ПК)

 

 

Дополнение 1

Если нагрузка имеет высокий коэффициент мощности (0.8 … 1.0), то её свойства приближаются к активной нагрузке. Такая нагрузка является идеальной как для сетевой линии, так и для источников электроэнергии, т.к. не порождает реактивных токов и мощностей в системе.

Если нагрузка имеет низкий коэффициент мощности (менее 0.8 … 1.0), то в линии питания циркулируют большие реактивные токи (и мощности). Это паразитное явление приводит к повышению потерь в проводах линии (нагрев и др.), нарушению режима работы источников (генераторов) и трансформаторов сети, а также др. проблемам.

Поэтому во многих странах приняты стандарты нормирующие коэффициент мощности оборудования.

 

Дополнение 2

Оборудование однонагрузочное (например, БП ПК) и многосоставное комбинированное (например, фрезерный промышленный станок, имеющий в составе несколько моторов, ПК, освещение и др. ) имеют низкие коэффициенты мощности (менее 0.8) внутренних агрегатов (например, выпрямитель БП ПК или электромотор имеют коэффициент мощности 0.6 .. 0.8). Поэтому в настоящее время большинство оборудования имеет входной блок корректора коэффициента мощности. В этом случае входной коэффициент мощности равен 0.9 … 1.0, что соответствует нормативным стандартам.

 

Дополнение 3. Важное замечание относительно коэффициента мощности ИБП и стабилизаторов напряжения

Нагрузочная способность ИБП и ДГУ нормирована на стандартную промышленную нагрузку (коэффициент мощности 0.8 с индуктивным характером). Например, ИБП 100 кВА / 80 кВт. Это означает, что устройство может питать активную нагрузку максимальной мощности 80 кВт, или смешанную (активно-реактивную) нагрузку максимальной мощности 100 кВА с индуктивным коэффициентом мощности 0.8.

В стабилизаторах напряжения дело обстоит иначе. Для стабилизатора коэффициент мощности нагрузки безразличен. Например, стабилизатор напряжения 100 кВА. Это означает, что устройство может питать активную нагрузку максимальной мощности 100 кВт, или любую другую (чисто активную, чисто реактивную, смешанную) мощностью 100 кВА или 100 кВАр с любым коэффициентом мощности емкостного или индуктивного характера. Обратите внимание, что это справедливо для линейной нагрузки (без высших гармоник тока). При больших гармонических искажениях тока нагрузки (высокий КНИ) выходная мощность стабилизатора снижается.

 

Дополнение 4

Наглядные примеры чистой активной и чистой реактивных нагрузок:

• К сети переменного тока 220 VAC подключена лампа накаливания 100 Вт – везде в цепи есть ток проводимости (через проводники проводов и вольфрамовый волосок лампы). Характеристики нагрузки (лампы): мощность S=P~=100 ВА=100 Вт, PF=1 => вся электрическая мощность активная, а значит она целиком поглащается в лампе и превращается в мощность тепла и света.
• К сети переменного тока 220 VAC подключен неполярный конденсатор 7 мкФ – в цепи проводов есть ток проводимости, внутри конденсатора идёт ток смещения (через диэлектрик). Характеристики нагрузки (конденсатора): мощность S=Q~=100 ВА=100 ВАр, PF=0 => вся электрическая мощность реактивная, а значит она постоянно циркулирует от источника к нагрузке и обратно, опять к нагрузке и т.д.

 

Дополнение 5

Для обозначения преобладающего реактивного сопротивления (индуктивного либо ёмкостного) коэффициенту мощности приписывается знак:

+ (плюс) – если суммарное реактивное сопротивление является индуктивным (пример: PF=+0.5). Фаза тока отстаёт от фазы напряжения на угол Ф.

— (минус) – если суммарное реактивное сопротивление является ёмкостным (пример: PF=-0,5). Фаза тока опережает фазу напряжения на угол Ф.

 

Дополнение 6

В различных областях техники мощность может быть либо полезной, либо паразитной НЕЗАВИСИМО от того активная она или реактивная. Например, необходимо различать активную полезную мощность рассеиваемую на рабочей нагрузке и активную паразитную мощность рассеиваемую в линии электропередачи. Так, например, в электротехнике при расчете активной и реактивной мощностей наиболее часто активная мощность является полезной мощностью, передаваемой в нагрузку и является реальной (не мнимой) величиной. А в электронике при расчёте конденсаторов или расчёте самих линий передач активная мощность является паразитной мощностью, теряемой на разогрев конденсатора (или линии) и является мнимой величиной. Причём, деление на мнимые и немнимые величины производится только для удобства рассчётов. На самом деле, все физические величины конечно реальные.

 

 

Дополнительные вопросы

 

Вопрос 1:
Почему во всех учебниках электротехники при расчете цепей переменного тока используют мнимые числа / величины (например, реактивная мощность, реактивное сопротивление и др.), которые не существуют в реальности?

Ответ:
Да, все отдельные величины в окружающем мире – действительные. В том числе температура, реактивное сопротивление, и т. д. Использование мнимых (комплексных) чисел – это только математический приём, облегчающий вычисления. В результате вычисления получается обязательно действительное число. Пример: реактивная мощность нагрузки (конденсатора) 20кВАр – это реальный поток энергии, то есть реальные Ватты, циркулирующие в цепи источник–нагрузка. Но что бы отличить эти Ватты от Ваттов, безвозвратно поглащаемых нагрузкой, эти «циркулирующие Ватты» решили называть Вольт·Амперами реактивными [6].

Замечание:
Раньше в физике использовались только одиночные величины и при расчете все математические величины соответствовали реальным величинам окружающего мира. Например, расстояние равно скорость умножить на время (S=v*t). Затем с развитием физики, то есть по мере изучения более сложных объектов (свет, волны, переменный электрический ток, атом, космос и др.) появилось такое большое количество физических величин, что рассчитывать каждую в отдельности стало невозможно. Это проблема не только ручного вычисления, но и проблема составления программ для ЭВМ. Для решения данное задачи близкие одиночные величины стали объединять в более сложные (включающие 2 и более одиночных величин), подчиняющиеся известным в математике законам преобразования. Так появились скалярные (одиночные) величины (температура и др.), векторные и комплексные сдвоенные (импеданс и др.), векторные строенные (вектор магнитного поля и др.), и более сложные величины – матрицы и тензоры (тензор диэлектрической проницаемости, тензор Риччи и др.). Для упрощения рассчетов в электротехнике используются следующие мнимые (комплексные) сдвоенные величины:

1. Полное сопротивление (импеданс) Z=R+iX
2. Полная мощность S=P+iQ
3. Диэлектрическая проницаемость e=e’+ie»
4. Магнитная проницаемость m=m’+im»
5. и др.

 

 

Вопрос 2:

На странице http://en.wikipedia.org/wiki/Ac_power показаны S P Q Ф на комплексной, то есть мнимой / несуществующей плоскости. Какое отношение это все имеет к реальности?

 

 

Ответ:
Проводить расчеты с реальными синусоидами сложно, поэтому для упрощения вычислений используют векторное (комплексное) представление как на рис. выше. Но это не значит, что показанные на рисунке S P Q не имеют отношения к реальности. Реальные величины S P Q могут быть представлены в обычном виде, на основе измерений синусоидальных сигналов осциллографом. Величины S P Q Ф I U в цепи переменного тока «источник-нагрузка» зависят от нагрузки. Ниже показан пример [5] реальных синусоидальных сигналов S P Q и Ф для случая нагрузки состоящей из последовательно соединённых активного и реактивного (индуктивного) сопротивлений.

 

 

 

Вопрос 3:
Обычными токовыми клещами и мультиметром измерен ток нагрузки 10 A, и напряжение на нагрузке 225 В. Перемножаем и получаем мощность нагрузки в Вт: 10 A · 225В = 2250 Вт.

Ответ:
Вы получили (рассчитали) полную мощность нагрузки 2250 ВА. Поэтому ваш ответ будет справедлив только, если ваша нагрузка чисто активная, тогда действительно Вольт·Ампер равен Ватту. Для всех других типов нагрузок (например электромотор) – нет. Для измерения всех характеристик любой произвольной нагрузки необходимо использовать анализатор сети, например APPA137:

 

 

 

---

См. дополнительную литературу, например:

 

[1]. Евдокимов Ф. Е. Теоретические основы электротехники. — М.: Издательский центр «Академия», 2004.

[2]. Немцов М. В. Электротехника и электроника. — М.: Издательский центр «Академия», 2007.

[3]. Частоедов Л. А. Электротехника. — М.: Высшая школа, 1989.

[4]. AC power, Power factor, Electrical resistance, Reactance
http://en.wikipedia.org (перевод: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)

[5]. Теория и расчёт трансформаторов малой мощности Ю.Н.Стародубцев / РадиоСофт Москва 2005 г. / rev d25d5r4feb2013

[6]. Международная система единиц, СИ, см напр. ГОСТ 8.417-2002. ЕДИНИЦЫ ВЕЛИЧИН

Электрическая мощность — это… Что такое Электрическая мощность?

Электри́ческая мо́щность — физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии.

Мгновенная электрическая мощность

Мгновенной мощностью называется произведение мгновенных значений напряжения и силы тока на каком-либо участке электрической цепи.

По определению, электрическое напряжение — это отношение работы электрического поля, совершенной при переносе пробного электрического заряда из точки A в точку B, к величине пробного заряда. То есть можно сказать, что электрическое напряжение равно работе по переносу единичного заряда из точки А в точку B. Другими словами, при движении единичного заряда по участку электрической цепи он совершит работу, численно равную электрическому напряжению, действующему на участке цепи. Умножив работу на количество единичных зарядов, мы, таким образом, получаем работу, которую совершают эти заряды при движении от начала участка цепи до его конца. Мощность, по определению, — это работа в единицу времени. Введём обозначения: U — напряжение на участке A-B (принимаем его постоянным на интервале Δt), Q — количество зарядов, прошедших от А к B за время Δt. А — работа, совершённая зарядом Q при движении по участку A-B, P — мощность. Записывая вышеприведённые рассуждения, получаем:

Для единичного заряда на участке A-B:

Для всех зарядов:

Поскольку ток есть не что иное, как количество зарядов в единицу времени, то есть по определению, в результате получаем:

Полагая время бесконечно малым, можно принять, что величины напряжения и тока за это время тоже изменятся бесконечно мало. В итоге получаем следующее определение мгновенной электрической мощности:

мгновенная электрическая мощность p(t), выделяющаяся на участке электрической цепи, есть произведение мгновенных значений напряжения u(t) и силы тока i(t) на этом участке:

Если участок цепи содержит резистор c электрическим сопротивлением R, то

Дифференциальные выражения для электрической мощности

Мощность, выделяемая в единице объёма, равна:

В линейном изотропном приближении:

В линейном анизотропном приближении (например, в монокристалле или жидком кристалле, а также при наличии эффекта Холла):

Мощность постоянного тока

Так как значения силы тока и напряжения постоянны и равны мгновенным значениям в любой момент времени, то мощность можно вычислить по формуле:

Для пассивной линейной цепи, в которой соблюдается закон Ома, можно записать:

Если цепь содержит источник ЭДС, то отдаваемая им или поглощаемая на нём электрическая мощность равна:

где — ЭДС.

Если ток внутри ЭДС противонаправлен градиенту потенциала (течёт внутри ЭДС от плюса к минусу), то мощность поглощается источником ЭДС из сети (например, при работе электродвигателя или заряде аккумулятора), если сонаправлен (течёт внутри ЭДС от минуса к плюсу), то отдаётся источником в сеть (скажем, при работе гальванической батареи или генератора). При учёте внутреннего сопротивления источника ЭДС выделяемая на нём мощность прибавляется к поглощаемой или вычитается из отдаваемой.

Мощность переменного тока

В переменном электрическом поле формула для мощности постоянного тока оказывается неприменимой. На практике наибольшее значение имеет расчёт мощности в цепях переменного синусоидального напряжения и тока.

Для того, чтобы связать понятия полной, активной, реактивной мощностей и коэффициента мощности, удобно обратиться к теории комплексных чисел. Можно считать, что мощность в цепи переменного тока выражается комплексным числом таким, что активная мощность является его действительной частью, реактивная мощность — мнимой частью, полная мощность — модулем, а угол φ (сдвиг фаз) — аргументом. Для такой модели оказываются справедливыми все выписанные ниже соотношения.

Активная мощность

Единица измерения — ватт (W, Вт).

Среднее за период T значение мгновенной мощности называется активной мощностью: В цепях однофазного синусоидального тока где U и I — среднеквадратичные значения напряжения и тока, φ — угол сдвига фаз между ними. Для цепей несинусоидального тока электрическая мощность равна сумме соответствующих средних мощностей отдельных гармоник. Активная мощность характеризует скорость необратимого превращения электрической энергии в другие виды энергии (тепловую и электромагнитную). Активная мощность может быть также выражена через силу тока, напряжение и активную составляющую сопротивления цепи r или её проводимость g по формуле В любой электрической цепи как синусоидального, так и несинусоидального тока активная мощность всей цепи равна сумме активных мощностей отдельных частей цепи, для трёхфазных цепей электрическая мощность определяется как сумма мощностей отдельных фаз. С полной мощностью S активная связана соотношением

В теории длинных линий (анализ электромагнитных процессов в линии передачи, длина которой сравнима с длиной электромагнитной волны) полным аналогом активной мощности является проходящая мощность, которая определяется как разность между падающей мощностью и отраженной мощностью.

Реактивная мощность

Единица измерения — вольт-ампер реактивный (var, вар)

Реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи синусоидального переменного тока, равна произведению среднеквадратичных значений напряжения U и тока I, умноженному на синус угла сдвига фаз φ между ними: (если ток отстаёт от напряжения, сдвиг фаз считается положительным, если опережает — отрицательным). Реактивная мощность связана с полной мощностью S и активной мощностью Р соотношением: .

Физический смысл реактивной мощности — это энергия, перекачиваемая от источника на реактивные элементы приёмника (индуктивности, конденсаторы, обмотки двигателей), а затем возвращаемая этими элементами обратно в источник в течение одного периода колебаний, отнесённая к этому периоду.

Необходимо отметить, что величина sin φ для значений φ от 0 до плюс 90° является положительной величиной. Величина sin φ для значений φ от 0 до −90° является отрицательной величиной. В соответствии с формулой Q = UI sin φ, реактивная мощность может быть как положительной величиной (если нагрузка имеет активно-индуктивный характер), так и отрицательной (если нагрузка имеет активно-ёмкостный характер). Данное обстоятельство подчёркивает тот факт, что реактивная мощность не участвует в работе электрического тока. Когда устройство имеет положительную реактивную мощность, то принято говорить, что оно её потребляет, а когда отрицательную — то производит, но это чистая условность, связанная с тем, что большинство электропотребляющих устройств (например, асинхронные двигатели), а также чисто активная нагрузка, подключаемая через трансформатор, являются активно-индуктивными.

Синхронные генераторы, установленные на электрических станциях, могут как производить, так и потреблять реактивную мощность в зависимости от величины тока возбуждения, протекающего в обмотке ротора генератора. За счёт этой особенности синхронных электрических машин осуществляется регулирование заданного уровня напряжения сети. Для устранения перегрузок и повышения коэффициента мощности электрических установок осуществляется компенсация реактивной мощности.

Применение современных электрических измерительных преобразователей на микропроцессорной технике позволяет производить более точную оценку величины энергии возвращаемой от индуктивной и емкостной нагрузки в источник переменного напряжения.

Измерительные преобразователи реактивной мощности, использующие формулу Q = UI sin φ, более просты и значительно дешевле измерительных преобразователей на микропроцессорной технике.^{[источник не указан 124 дня]}

Полная мощность

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

Полная мощность — величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока I в цепи и напряжения U на её зажимах: S = U·I; связана с активной и реактивной мощностями соотношением: где Р — активная мощность, Q — реактивная мощность (при индуктивной нагрузке Q > 0, а при ёмкостной Q < 0).

Векторная зависимость между полной, активной и реактивной мощностью выражается формулой:

Полная мощность имеет практическое значение, как величина, описывающая нагрузки, фактически налагаемые потребителем на элементы подводящей электросети (провода, кабели, распределительные щиты, трансформаторы, линии электропередачи), так как эти нагрузки зависят от потребляемого тока, а не от фактически использованной потребителем энергии. Именно поэтому номинальная мощность трансформаторов и распределительных щитов измеряется в вольт-амперах, а не в ваттах.

Комплексная мощность

Мощность, аналогично импедансу, можно записать в комплексном виде:

где  — комплексное напряжение,  — комплексный ток, — импеданс, * — оператор комплексного сопряжения.

Модуль комплексной мощности равен полной мощности S. Действительная часть равна активной мощности Р, а мнимая  — реактивной мощности Q с корректным знаком в зависимости от характера нагрузки.

Неактивная мощность

Неактивная мощность (пассивная мощность)^{[источник не указан 172 дня]} — это мощность нелинейных искажений тока, равная корню квадратному из разности квадратов полной и активной мощностей в цепи переменного тока. В цепи с синусоидальным напряжением неактивная мощность равна корню квадратному из суммы квадратов реактивной мощности и мощностей высших гармоник тока^{[источник не указан 172 дня]}. При отсутствии высших гармоник неактивная мощность равна модулю реактивной мощности.

Под мощностью гармоники тока понимается произведение действующего значения силы тока данной гармоники на действующее значение напряжения^{[источник не указан 172 дня]}.

Наличие нелинейных искажений тока в цепи означает нарушение пропорциональности между мгновенными значениями напряжения и силы тока, вызванное нелинейностью нагрузки, например когда нагрузка имеет реактивный или импульсный характер. При линейной нагрузке сила тока в цепи пропорциональна мгновенному напряжению, вся потребляемая мощность является активной. При нелинейной нагрузке увеличивается кажущаяся (полная) мощность в цепи за счёт мощности нелинейных искажений тока, которая не принимает участия в совершении работы^{[источник не указан 172 дня]}. Мощность нелинейных искажений не является активной и включает в себя как реактивную мощность, так и мощность прочих искажений тока. Данная физическая величина имеет размерность мощности, поэтому в качестве единицы измерения неактивной мощности можно использовать В∙А (вольт-ампер) или вар (вольт-ампер реактивный). Вт (ватт) использовать нежелательно, чтобы неактивную мощность не спутали с активной.

Связь неактивной, активной и полной мощностей

Величину неактивной мощности обозначим N. Через i обозначим вектор тока, через u — вектор напряжения. Буквами I и U будем обозначать соответствующие действующие значения:

Представим вектор тока i в виде суммы двух ортогональных составляющих i_a и i_p, которые назовём соответственно активной и пассивной. Поскольку в совершении работы участвует только составляющая тока, коллинеарная напряжению, потребуем, чтобы активная составляющая была коллинеарна напряжению, то есть i_a = λu, где λ — некоторая константа, а пассивная — ортогональна, то есть Имеем

Запишем выражение для активной мощности P, скалярно умножив последнее равенство на u:

Отсюда находим

Выражение для величины неактивной мощности имеет вид где S = U I — полная мощность.

Для полной мощности цепи справедливо представление, аналогичное выражению для цепи с гармоническими током и напряжением, только вместо реактивной мощности используется неактивная мощность:

Таким образом, понятие неактивной мощности представляет собой один из способов обобщения понятия реактивной мощности для случая несинусоидальных тока и напряжения. Неактивная мощность иногда называется реактивной мощностью по Фризе.

Измерения

• Для измерения электрической мощности применяются ваттметры и варметры, можно также использовать косвенный метод, с помощью вольтметра и амперметра.
• Для измерения коэффициента реактивной мощности применяют фазометры
• Государственный эталон — ГЭТ 153-86 Государственный специальный эталон единицы электрической мощности в диапазоне частот 40-2500 Гц. Институт-хранитель: ВНИИМ

Мощность некоторых электрических приборов

В таблице указаны значения мощности некоторых потребителей электрического тока:

Электрический прибор	Мощность,Вт
Лампочка фонарика	1
Лампа люминесцентная бытовая	5…30
Лампа накаливания бытовая	25…150
Холодильник бытовой	15…200
Электропылесос	100…2 000
Электрический утюг	300…2 000
Стиральная машина	350…2 000
Электрическая плитка	1 000…2 000
Сварочный аппарат бытовой	1 000…5 500
Двигатель трамвая	45 000…50 000
Двигатель электровоза	650 000
Электродвигатели прокатного стана	6 000 000…9 000 000

Большинство бытовых приборов рассчитаны на напряжение 220 В, но на разную силу тока. Поэтому мощность потребителей электроэнергии разная.

Литература

• ГОСТ 8.417-2002 Единицы величин
• ПР 50.2.102-2009 Положение о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации
• Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. — М: Высшая школа, 1984.
• Гольдштейн Е. И., Сулайманов А. О., Гурин Т. С. Мощностные характеристики электрических цепей при несинусоидальных токах и напряжениях. ТПУ, — Томск, 2009, Деп. в ВИНИТИ, 06.04.09, № 193—2009. — 146 с.

Дополнительная литература

• Агунов М. В., Агунов А. В. Об энергетических соотношениях в электрических цепях с несинусоидальными режимами // Электричество, 2005, № 4, С. 53-56.
• Агунов М. В., Агунов А. В., Вербова Н. М. Новый подход к измерению электрической мощности // Промышленная энергетика, 2004, № 2, С. 30-33.
• Агунов М. В., Агунов А. В., Вербова Н. М. Определение составляющих полной мощности в электрических цепях с несинусоидальными напряжениями и токами методами цифровой обработки сигналов // Электротехника, 2005, № 7, С. 45-48.
• Агунов А. В. Неактивные составляющие полной мощности в автономных электротехнических системах судостроения. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. СПб., СПбГМТУ, 1997, 20 с.
• Агунов М. В. Энергетические процессы в электрических цепях с несинусоидальными режимами и их эффективность. Кишинев-Тольятти: МолдНИИТЭИ, 1997, 84 с.
• Агунов М. В., Агунов А. В. Об энергетических соотношениях в электрических цепях с несинусоидальными режимами // Электричество, 2005, № 4, С. 53-56.
• Агунов А. В. Управление качеством электроэнергии при несинусоидальных режимах. СПб., СПбГМТУ, 2009, 134 с.
• Агунов М. В., Агунов А. В., Вербова Н. М. Новый подход к измерению электрической мощности // Промышленная энергетика, 2004, № 2, С. 30-33.
• Агунов А. В. Статический компенсатор неактивных составляющих мощности с полной компенсацией гармонических составляющих тока нагрузки // Электротехника, 2003, № 2, С. 47-50.

Ссылки

См.

также

Определение электрической мощности оборудования.

Если для обеспечения надежной работы электрооборудования вы пришли к выводу о необходимости приобретения электрогенератора (миниэлектростанции), стабилизатора напряжения или источника бесперебойного питания (UPS), перво-наперво вам необходимо рассчитать мощность нагрузки, то есть суммарной мощности одновременно включаемого оборудования (потребителей).

При этом не сведущим в электротехнике людям порой довольно сложно разобраться в указанных на оборудовании различных числах, измеряемых в Вт или ВА, и каком-то cosφ. Обозначают эти величины полную и полезную мощность, которые связаны между собой посредством cosφ.

Определение электрической мощности потребителей заключается в расчете общей полной (суммарной) электрической мощности всего подключаемого электрооборудования. Единицей измерения полной мощности выступает вольт-ампер (ВА, VA). Поскольку основная часть потребители электроэнергии является устройствами переменного тока, то для подсчета их полной мощности используется концепция реактивной и активной мощности, которая в силу малости эффектов не актуальна для использующего постоянный ток электрооборудования. Так же не следует забывать, что в момент включения оборудования с электродвигателем потребляемая мощность будет в несколько раз превышать указанное в технических характеристиках значение по причине возникновения пусковых (пиковых) токов.

Принципиальное различие между активной и реактивной мощностью заключается в том, что в первом случае практически вся потребляемая электроэнергия используется на выполнение полезной работы, во втором случае часть потребляемой электроэнергии расходуется на создание электромагнитных полей, не связанных с выполнением полезной работы.

Активная мощность P (active power, true power, real power) потребляется электросопротивлением устройства, поэтому употребляются также названия резистивная или омическая, и преобразуется в полезную световую, тепловую, механическую и другие виды энергии. Активная нагрузка – это осветительные и электронагревательные приборы: лампы накаливания, теплые полы, утюги, электрочайники, электроплиты и т.д. Единицей измерения активной мощности является ватт (Вт, W).

Коэффициент перевода Вт в ВА в данном случае можно считать равным единице, то есть общую мощность потребителей этого типа определяют суммированием паспортных значений в ваттах. То есть, если, например, необходимо учитывать одновременную работу освещения из четырех ламп накаливания по 60 Вт и электроконвектора паспортной мощностью в 2 кВт выполняем простую операцию: 60 х 4 + 2000 = 2240 Вт или практически 2240 ВА.

Реактивная мощность Q (reactive power) – это понятие обозначает ту часть электроэнергии (реактивная составляющая), которая расходуется на создания переменных электромагнитных полей, возникающих при переходных процессах в оборудовании, имеющем в своем составе индуктивные и/или емкостные составляющие (катушки индуктивности, конденсаторы и т.п.).

Реактивная мощность неизбежна при работе электродвигателей, трансформаторов и, в то же время, она не выполняет полезной работы, но создает дополнительную нагрузку на электросеть. Единицей измерения реактивной мощности является вольт-ампер реактивной мощности (ВАр, VAr).

Как правило, в технических характеристиках электрооборудования с реактивной мощностью (холодильники, микроволновые печи, стиральные машины, кондиционеры, люминесцентные лампы, электроинструменты, сварочные аппараты и т.д.) указывается его активная мощность в Вт и cosφ – коэффициент мощности (power factor, PF). Значение cosφ указывает на ту часть потребляемой электроэнергии, которая преобразуется в активную мощность (при cosφ = 0,6, например, 60% «уйдет» на выполнение полезной работы, а оставшиеся 40% составят реактивную мощность). То есть, если в техническом паспорте холодильника указана мощность 875 Вт и cosφ = 0.7, то его полная мощность будет равна 875/0.7 = 1250 ВА.

Пусковые токи. Помимо активной и реактивной мощности, для оборудования, имеющего в своей конструкции электродвигатель, необходимо принимать во внимание возникающие при его запуске пусковые или пиковые токи, в несколько раз превышающие номинальное значение. Несмотря на кратковременность (от долей до нескольких секунд), они оказывают существенное влияние на работу миниэлектростанций (электрогенераторов), стабилизаторов и источников бесперебойного питания.

Многие производители игнорируют этот параметр в технических характеристиках выпускаемого оборудования и его приходиться уточнять у консультанта при покупке или в сервисном центре. Измерить значение пускового тока бытовым прибором не представляется возможным, поэтому, в крайнем случае, можно использовать усредненные значения коэффициентов пускового тока (ввиду приблизительности эти величины могут не отражать реальной ситуации).

Оборудование	Коэффициент пускового тока	Оборудование	Коэффициент пускового тока
Телевизор, пылесос	1	Циркулярная пила	2
Компьютер	2	Электропила	2
СВЧ-печь	2	Электрорубанок	2
Стиральная машина	3	Болгарка (УШМ)	2
Кондиционер	5	Дрель/Перфоратор	3
Холодильник	4	Бетономешалка	3
Электромясорубка	7	Погружной насос	7

То есть для окончательного определения электрической мощности такого потребителя, как упоминавшийся выше холодильник, необходимо полученное ранее значение 1250 ВА умножить на коэффициент пускового тока и наши скромные паспортные 875 Вт превратятся в 1250 х 4 = 5000 ВА.

Различия в коэффициентах пускового тока обусловлены условиями работы электродвигателя после момента включения. Так двигатель холодильника или погружного насоса помимо выхода на рабочие обороты должен сразу после включения начать качать соответственно хладагент или воду, поэтому сопротивление движению изначально максимально. А у дрели или пылесоса за счет холостого хода при разгоне двигателя сопротивление движению нарастает плавно.

Большие пусковые токи при включении имеют и лампы накаливания, поскольку сопротивление холодной спирали в несколько раз ниже, чем раскаленной. Коэффициент пускового тока в этом случае может равняться 5 – 13, но ввиду кратковременности (0.05 – 0.30 секунд) его можно не учитывать для нескольких ламп, но на производстве, где их количество может достигать сотен, пренебречь возникающими скачками тока уже не удастся. Для люминесцентных ламп с электронным поджигом коэффициент пускового тока равен 1.1 – 2.0.

Мощность генератора. Активная и полная мощности

                   Электрическая мощность – величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии.

Мгновенной мощностью называется произведение мгновенных значений напряжения и силы тока на каком-либо участке электрической цепи.

 

                   При движении единичного заряда по участку электрической цепи он совершит работу, численно равную электрическому напряжению, действующему на участке. Умножив работу на количество единичных зарядов, мы, таким образом, получаем работу, которую совершают эти заряды при движении от начала участка цепи до его конца. Мощность, по определению, — это работа в единицу времени.

 

                   В цепи, содержащей активное, индуктивное и емкостное сопротивления, в которой ток и напряжение в общем случае сдвинуты по фазе на некоторый угол, мгновенное значение мощности равно произведению мгновенных значений силы тока и напряжения. Кривую мгновенной мощности можно получить перемножением мгновенных значений тока и напряжения при различных углах. Из этого рисунка видно, что в некоторые моменты времени, когда ток и напряжение направлены навстречу друг другу, мощность имеет отрицательное значение. Возникновение в электрической цепи отрицательных значений мощности является вредным. Это означает, что в такие периоды времени приемник возвращает часть полученной электроэнергии обратно источнику, в результате уменьшается мощность, передаваемая от источника к приемнику. Очевидно, что чем больше угол сдвига фаз, тем больше время, в течение которого часть электроэнергии возвращается обратно к источнику, и тем больше возвращаемая обратно энергия и мощность.

                    Таким образом, мгновенная мощность может быть представлена в виде векторной суммы двух составляющих – активной и реактивной мощности.

 

                    Активная мощность характеризует скорость необратимого превращения электрической энергии в другие виды энергии (тепловую, электромагнитную). Единица измерения активной мощности – Ватт (Вт, W).

 

                   Реактивная мощность – это энергия, перекачиваемая от источника на реактивные элементы приемника (индуктивности, конденсаторы, обмотки двигателей), а затем возвращаемая этими элементами обратно в источник в течение одного периода колебаний, отнесенная к этому периоду.

 

                   Генераторы переменного тока рассчитаны на определенный номинальный ток  и определенное номинальное напряжение, которые зависят от конструкции машины, размеров ее основных частей и пр. Увеличить значительно номинальный ток или номинальное напряжение нельзя, так как это может привести к недопустимому нагреву обмоток генератора или пробою их изоляции. Поэтому каждый генератор может длительно отдавать без опасности аварии только вполне определенную мощность, равную произведению его номинального тока на номинальное напряжение. Произведение действующих значений тока и напряжения называется полной мощностью.

 

                   Полная мощность имеет практическое значение, как величина, описывающая нагрузки, фактически налагаемые потребителем на элементы подводящей электросети (провода, кабели, распределительные щиты, трансформаторы, линии электропередач), так как эти нагрузки зависят от потребляемого тока, а не от фактически использованной потребителем энергии. Полная мощность представляет собой наибольшее значение активной мощности при заданных значениях тока и напряжения. Она характеризует ту наибольшую мощность, которую можно получить от источника переменного тока при условии, что между проходящим по нему током и напряжением отсутствует сдвиг фаз. Полную мощность измеряют в вольт-амперах (В*А) или киловольт-амперах (кВ*А).

 

                    Активная мощность дизельного генератора является характеристикой генератора, в то время как реактивная мощность является в большей степени характеристикой электрической цепи и зависит от наличия в цепи накопителей энергии, таких как катушка индуктивности или конденсатор.

 

                    Характеристика, которая показывает, насколько эффективно используется мощность в электрической цепи, называется коэффициентом мощности. Чем больше значение коэффициента мощности цепи, тем эффективнее используется мощность дизельного генератора.

 

                   Стандартное обозначение мощности дизельного генератора (например для генератора AIRMAN SDG 100 S) выглядит так:

 

                    64 кВт/ (80 кВА)

 

                   Это означает, что при коэффициенте мощности 0,8  и частоте переменного тока 50 Гц

 

                   Активная мощность генератора составит – 64 кВт,

 

                   Полная мощность генератора составит – 80 кВА

 

 

                    Необходимо понимать что указанные выше значения мощностей являются рабочими (номинальными), т.е. дизельная электростанция способна выдавать такие мощности при постоянной работе. Максимально допустимые (пиковые) нагрузки на генератор будут выше номинальных в среднем на 15-20% в зависимости от производителя и модели. 

Остались вопросы?

Заказать звонок

Формула для нахождения активной мощности. Электрическая мощность это

Реактивная мощность

Электри́ческая мо́щность — физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии.

Если элемент цепи — резистор c электрическим сопротивлением R , то

Мощность переменного тока

Активная мощность

Среднее за период Т значение мгновенной мощности называется активной мощностью: . В цепях однофазного синусоидального тока , где U и I — действующие значения напряжения и тока , φ — угол сдвига фаз между ними. Для цепей несинусоидального тока электрическая мощность равна сумме соответствующих средних мощностей отдельных гармоник. Активная мощность характеризует скорость необратимого превращения электрической энергии в другие виды энергии (тепловую и электромагнитную). Активная мощность может быть также выражена через силу тока, напряжение и активную составляющую сопротивления цепи r или её проводимость g по формуле . В любой электрической цепи как синусоидального, так и несинусоидального тока активная мощность всей цепи равна сумме активных мощностей отдельных частей цепи, для трёхфазных цепей электрическая мощность определяется как сумма мощностей отдельных фаз. С полной мощностью S активная связана соотношением . Единица активной мощности — ватт (W , Вт ). Для СВЧ электромагнитного сигнала, в линиях передачи, аналогом активной мощности является мощность, поглощаемая нагрузкой.

Реактивная мощность

Реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи переменного тока, равна произведению действующих значений напряжения U и тока I , умноженному на синус угла сдвига фаз φ между ними: Q = UI sin φ . Единица реактивной мощности — вольт-ампер реактивный (var , вар ). Реактивная мощность связана с полной мощностью S и активной мощностью Р соотношением: . Реактивная мощность в электрических сетях вызывает дополнительные активные потери (на покрытие которых расходуется энергия на электростанциях) и потери напряжения (ухудшающие условия регулирования напряжения). В некоторых электрических установках реактивная мощность может быть значительно больше активной. Это приводит к появлению больших реактивных токов и вызывает перегрузку источников тока. Для устранения перегрузок и повышения коэффициента мощности электрических установок осуществляется компенсация реактивной мощности. Для СВЧ электромагнитного сигнала, в линиях передачи, аналогом реактивной мощности является мощность, отраженная от нагрузки.

Необходимо отметить, что величина sinφ для значений φ от 0 до плюс 90 ° является положительной величиной. Величина sinφ для значений φ от 0 до минус 90 ° является отрицательной величиной. В соответствии с формулой Q = UI sinφ реактивная мощность может быть отрицательной величиной. Но отрицательное значение мощности нагрузки характеризует нагрузку как генератор энергии. Активное, индуктивное, емкостное сопротивление не могут быть источниками постоянной энергии. Модуль величины Q = UI sinφ приблизительно описывает реальные процессы преобразования энергии в магнитных полях индуктивностей и в электрических полях емкостей. Применение современных электрических измерительных преобразователей на микропроцессорной технике позволяет производить более точную оценку величины энергии возвращаемой от индуктивной и емкостной нагрузки в источник переменного напряжения. Измерительные преобразователи реактивной мощности, использующие формулу Q = UI sinφ , более просты и значительно дешевле измерительных преобразователей на микропроцессорной технике.

Полная мощность

Полная мощность — величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока в цепи I и напряжения U на её зажимах: S = U×I ; связана с активной и реактивной мощностями соотношением: , где Р — активная мощность, Q — реактивная мощность (при индуктивной нагрузке Q > 0 , а при ёмкостной Q ). Единица полной электрической мощности — вольт-ампер (VA , ВА ).

Векторная зависимость между полной, активной и реактивной мощностью выражается формулой:

Измерения

• Для измерения электрической мощности применяются ваттметры и варметры , можно также использовать косвенный метод, с помощью вольтметра и амперметра .
• Для измерения коэффициента реактивной мощности применяют фазометры

Литература

• Бессонов Л. А. — Теоретические основы электротехники: Электрические цепи — М.: Высш. школа,

Ссылки

См. также

• Список параметров напряжения и силы электрического тока

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Реактивная мощность» в других словарях:

реактивная мощность — Величина, равная при синусоидальных электрическом токе и электрическом напряжении произведению действующего значения напряжения на действующее значение тока и на синус сдвига фаз между напряжением и током двухполюсника. [ГОСТ Р 52002 2003]… … Справочник технического переводчика

Электр. мощность в цепи переменного тока, расходуемая на поддержание вызываемых переменным током периодических изменений: 1) магнитного поля при наличии в цепи индуктивности; 2) заряда конденсаторов при наличии конденсаторов и проводов (напр.… … Технический железнодорожный словарь

Величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля. Для синусоидального тока равна произведению действующих тока I и напряжения U на синус угла сдвига фаз между ними: Q =… … Большой Энциклопедический словарь

РЕАКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ — величина, характеризующая скорость обмена энергией между генератором переменного тока и магнитным (млн. электрическим) полем цепи, создаваемым электротехническими устройствами (индуктивностью и ёмкостью). Р. м. возникает в цепи при наличии сдвига … Большая политехническая энциклопедия

реактивная мощность — 3.1.5 реактивная мощность (вар): Реактивная мощность сигналов синусоидальной формы какой либо отдельной частоты в однофазной цепи, определяемая как произведение среднеквадратических значений тока и напряжения и синуса фазового угла между ними.… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

реактивная мощность — reaktyvioji galia statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Menamoji kompleksinės galios dalis, skaičiuojama pagal formulę Q² = S² – P²; čia Q – reaktyvioji galia, S – pilnutinė galia, P – aktyvioji galia. Matavimo vienetas –… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

реактивная мощность — reaktyvioji galia statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. reactive power; wattless power vok. Blindleistung, f; wattlose Leistung, f rus. безваттная мощность, f; реактивная мощность, f pranc. puissance déwatée, f; puissance réactive, f … Fizikos terminų žodynas

Величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля. Для синусоидального тока равна произведению действующих тока I и напряжения U на синус угла сдвига фаз между ними:… … Энциклопедический словарь

реактивная мощность — reaktyvioji galia statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. reactive power vok. Blindleistung, f; wattlose Leistung, f rus. реактивная мощность, f pranc. puissance réactive, f … Automatikos terminų žodynas

Величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи переменного тока (См. Переменный ток). Р. м. Q равна произведению действующих значений напряжения U и тока… … Большая советская энциклопедия

Книги

• Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии: Руководство для практических расчетов , Железко Ю.С.. Прикладные науки. Техника. Промышленность…

Мгновенная электрическая мощность

Мгновенной мощностью называется произведение мгновенных значений напряжения и силы тока на каком-либо участке электрической цепи.

где — тензор проводимости .

Мощность постоянного тока

Так как значения силы тока и напряжения постоянны и равны мгновенным значениям в любой момент времени, то мощность можно вычислить по формуле:

Для пассивной линейной цепи, в которой соблюдается закон Ома , можно записать:

Если цепь содержит источник ЭДС , то отдаваемая им или поглощаемая на нём электрическая мощность равна:

Если ток внутри ЭДС противонаправлен градиенту потенциала (течёт внутри ЭДС от плюса к минусу), то мощность поглощается источником ЭДС из сети (например, при работе электродвигателя или заряде аккумулятора), если сонаправлен (течёт внутри ЭДС от минуса к плюсу), то отдаётся источником в сеть (скажем, при работе гальванической батареи или генератора). При учёте внутреннего сопротивления источника ЭДС выделяемая на нём мощность прибавляется к поглощаемой или вычитается из отдаваемой.

Мощность переменного тока

В переменном электрическом поле формула для мощности постоянного тока оказывается неприменимой. На практике наибольшее значение имеет расчёт мощности в цепях переменного синусоидального напряжения и тока.

Для того, чтобы связать понятия полной, активной, реактивной мощностей и коэффициента мощности , удобно обратиться к теории комплексных чисел . Можно считать, что мощность в цепи переменного тока выражается комплексным числом таким, что активная мощность является его действительной частью, реактивная мощность — мнимой частью, полная мощность — модулем, а угол φ (сдвиг фаз) — аргументом. Для такой модели оказываются справедливыми все выписанные ниже соотношения.

Активная мощность

Среднее за период T значение мгновенной мощности называется активной мощностью: В цепях однофазного синусоидального тока где U и I — среднеквадратичные значения напряжения и тока , φ — угол сдвига фаз между ними. Для цепей несинусоидального тока электрическая мощность равна сумме соответствующих средних мощностей отдельных гармоник. Активная мощность характеризует скорость необратимого превращения электрической энергии в другие виды энергии (тепловую и электромагнитную). Активная мощность может быть также выражена через силу тока, напряжение и активную составляющую сопротивления цепи r или её проводимость g по формуле В любой электрической цепи как синусоидального, так и несинусоидального тока активная мощность всей цепи равна сумме активных мощностей отдельных частей цепи, для трёхфазных цепей электрическая мощность определяется как сумма мощностей отдельных фаз. С полной мощностью S активная связана соотношением

Применение современных электрических измерительных преобразователей на микропроцессорной технике позволяет производить более точную оценку величины энергии возвращаемой от индуктивной и емкостной нагрузки в источник переменного напряжения.

Измерительные преобразователи реактивной мощности, использующие формулу Q = UI sin φ , более просты и значительно дешевле измерительных преобразователей на микропроцессорной технике.

Полная мощность

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

Полная мощность — величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока I в цепи и напряжения U на её зажимах: S = U·I ; связана с активной и реактивной мощностями соотношением: где Р — активная мощность, Q — реактивная мощность (при индуктивной нагрузке Q > 0 , а при ёмкостной Q

Векторная зависимость между полной, активной и реактивной мощностью выражается формулой:

Полная мощность имеет практическое значение, как величина, описывающая нагрузки, фактически налагаемые потребителем на элементы подводящей электросети (провода , кабели , распределительные щиты , трансформаторы , линии электропередачи), так как эти нагрузки зависят от потребляемого тока, а не от фактически использованной потребителем энергии. Именно поэтому номинальная мощность трансформаторов и распределительных щитов измеряется в вольт-амперах, а не в ваттах.

Комплексная мощность

Наличие нелинейных искажений тока в цепи означает нарушение пропорциональности между мгновенными значениями напряжения и силы тока, вызванное нелинейностью нагрузки, например когда нагрузка имеет реактивный или импульсный характер. При линейной нагрузке сила тока в цепи пропорциональна мгновенному напряжению, вся потребляемая мощность является активной. При нелинейной нагрузке увеличивается кажущаяся (полная) мощность в цепи за счёт мощности нелинейных искажений тока, которая не принимает участия в совершении работы. Мощность нелинейных искажений не является активной и включает в себя как реактивную мощность, так и мощность прочих искажений тока. Данная физическая величина имеет размерность мощности, поэтому в качестве единицы измерения неактивной мощности можно использовать В∙А (вольт-ампер) или вар (вольт-ампер реактивный). Вт (ватт) использовать нежелательно, чтобы неактивную мощность не спутали с активной.

Связь неактивной, активной и полной мощностей

Величину неактивной мощности обозначим N . Через i обозначим вектор тока, через u — вектор напряжения. Буквами I и U будем обозначать соответствующие действующие значения:

Представим вектор тока i в виде суммы двух ортогональных составляющих i a и i p , которые назовём соответственно активной и пассивной. Поскольку в совершении работы участвует только составляющая тока, коллинеарная напряжению, потребуем, чтобы активная составляющая была коллинеарна напряжению, то есть i a = λu , где λ — некоторая константа, а пассивная — ортогональна, то есть Имеем

Запишем выражение для активной мощности P , скалярно умножив последнее равенство на u :

Отсюда находим

Выражение для величины неактивной мощности имеет вид где S = U I — полная мощность.

Для полной мощности цепи справедливо представление, аналогичное выражению для цепи с гармоническими током и напряжением, только вместо реактивной мощности используется неактивная мощность:

Таким образом, понятие неактивной мощности представляет собой один из способов обобщения понятия реактивной мощности для случая несинусоидальных тока и напряжения. Неактивная мощность иногда называется реактивной мощностью по Фризе.

Измерения

• Для измерения электрической мощности применяются ваттметры и варметры , можно также использовать косвенный метод, с помощью вольтметра и амперметра .
• Для измерения коэффициента реактивной мощности применяют фазометры
• Государственный эталон — ГЭТ 153-86 Государственный специальный эталон единицы электрической мощности в диапазоне частот 40-2500 Гц. Институт-хранитель: ВНИИМ

Мощность некоторых электрических приборов

В таблице указаны значения мощности некоторых потребителей электрического тока:

Большинство бытовых приборов рассчитаны на напряжение 220 В, но на разную силу тока. Поэтому мощность потребителей электроэнергии разная.

Литература

• ГОСТ 8.417-2002 Единицы величин
• ПР 50.2.102-2009 Положение о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации
• Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. — М: Высшая школа, 1984.
• Гольдштейн Е. И., Сулайманов А. О., Гурин Т. С. Мощностные характеристики электрических цепей при несинусоидальных токах и напряжениях. ТПУ, — Томск, 2009, Деп. в ВИНИТИ, 06.04.09, № 193-2009. — 146 с.

Дополнительная литература

• Агунов М. В., Агунов А. В., Вербова Н. М. Определение составляющих полной мощности в электрических цепях с несинусоидальными напряжениями и токами методами цифровой обработки сигналов // Электротехника, 2005, № 7, С. 45-48.
• Агунов А. В. Неактивные составляющие полной мощности в автономных электротехнических системах судостроения. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. СПб., СПбГМТУ, 1997, 20 с.
• Агунов М. В. Энергетические процессы в электрических цепях с несинусоидальными режимами и их эффективность. Кишинев-Тольятти: МолдНИИТЭИ, 1997, 84 с.
• Агунов М. В., Агунов А. В. Об энергетических соотношениях в электрических цепях с несинусоидальными режимами // Электричество, 2005, № 4, С. 53-56.
• Агунов А. В. Управление качеством электроэнергии при несинусоидальных режимах. СПб., СПбГМТУ, 2009, 134 с.
• Агунов М. В., Агунов А. В., Вербова Н. М. Новый подход к измерению электрической мощности // Промышленная энергетика, 2004, № 2, С. 30-33.
• Агунов А. В. Статический компенсатор неактивных составляющих мощности с полной компенсацией гармонических составляющих тока нагрузки // Электротехника, 2003, № 2, С. 47-50.
— см. Мощность электрическая … Большой Энциклопедический словарь

электрическая мощность — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN electric powerelectrical powerep … Справочник технического переводчика

Физическая величина, характеризующая скорость изменения (получения, потребления, передачи, преобразования, рассеяния и т. п.) электрической энергии. В электрических цепях постоянного тока электрическая мощность Р равна произведению силы тока I и… … Энциклопедия техники

электрическая мощность — 9 электрическая мощность: Физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии de. Elektrische Leistung en. Electric power fr. Puissance électrique

В цепях переменного тока различают три вида мощностей: активную Р, реактивную Q и полную S.

Активная мощность вычисляется по формуле:

Активную мощность потребляет резистивный элемент. Единица

измерения активной мощности называется Ватт (Вт), производная единица – килоВатт (кВт), равная 10 3 Вт.

Реактивная мощность вычисляется по формуле:

Реактивная мощность потребляется идеальным индуктивным и

емкостным элементами. Единица измерения реактивной мощности называется Вольт-Ампер реактивный (Вар), производная единица – килоВАр (кВАр), равная 10 3 ВАр.

Полная мощность потребляется полным сопротивлением и обозначается буквой S:

Единица измерения полной мощности называется ВА (Вольт-Ампер), производная единица – килоВольт-Ампер (кВА), равная 10 3 ВА.

По сути, размерность у всех выше перечисленных единиц измерения одинакова – . Разные название этих единиц нужны, чтобы различать эти виды мощности.

Проявляются различные виды мощности по-разному. Активная мощность необратимо преобразуется в другие виды мощности (например, тепловую, механическую). Реактивная мощность обратимо циркулирует в электрических цепях: энергия электрического поля конденсатора преобразуется в энергию магнитного поля, и наоборот. «Извлечь» реактивную мощность с «пользой для дела» невозможно.

Из формул (2.19) – (2.21) следует, что между активной, реактивной и полной мощностью имеет место соотношение:

Соотношение между P, Q и S можно интерпретировать как соотношение сторон прямоугольного треугольника (вспомните треугольник сопротивлений, треугольник напряжений – все эти треугольники подобны).

Из рис. 2.10 видно, что cosφ = (2.24)

Отсюда вытекает определение одной из основных характеристик цепей переменного тока – коэффициента мощности. Специального обозначения он не получил.

Коэффициент мощности показывает, какую долю полной мощности составляет активная мощность.

Желательно, чтобы коэ ффициент мощности цепи был как можно больше, т.е. приближался к 1. Реально предприятия электрических сетей устанавливают такое ограничение для промышленных предприятий: соs φ = (0,92…..0,95). Достигать значений соs φ >0,95 рискованно, так как разность фаз φ при этом может скачком перейти от положительных значений к отрицательным, что вредно для э лектрооборудования. Если соsφ

Если коэ ффициент мощности оказывается мал, его необходимо повышать. График функции соs φ имеет вид монотонно убывающей функции в интервале от 0 0 до 90 0 . Следовательно, увеличить соsφ – значит уменьшить разность фаз , то есть уменьшить (Х L -Х С).

Если влиять на (Х L -Х С), меняя С и L, то это приведет к увеличению тока в последовательной цепи и изменению режима работы оборудования, поэ тому такой способ практически не применяется. В следующем разделе рассмотрен другой способ повышения коэ ффициента мощности.

ЛЕКЦИЯ 4 .

2.6 Цепь переменного тока с параллельным соединением ветвей.

Рассмотрим э лектрическую цепь с двумя параллельными

ветвями (рис. 2.11). Полученные выводы распространим на цепь с любым количеством ветвей. К цепи, содержащей две параллельные ветви, включающие активные, индуктивные и емкостные элементы (R 1 , L 1 , C 1 и R 2 , L 2 , C 2 cоответственно), подводится переменное напряжение U частоты f.

Прямая задача : Заданы все Обратная задача : Заданы свойства

входящие в цепь элементы. цепи. Найти неизвестные элементы

Найти все токи и разности цепи (эта задача решена в лабора-

фаз. торной работе Ц-5)

Решим прямую задачу, то есть найдем токи I 1, I 2 и общий ток I .

Рис. 2.11.Э лектрическая цепь с двумя параллельными

Из второго закона Кирхгофа следует, что напряжения на параллельных участках цепи одинаковы:

U 1 = U 2 = U (2.25)

На основании закона Ома найдем токи I 1 и I 2:

; (2.26)

Найдем также разности фаз тока и напряжения для каждой ветви:

(2.27)

На основании первого закона Кирхгофа применительно к узлу А можно записать:

Таким образом, для определения тока I необходимо векторно сложить токи I 1 и I 2 . В качестве опорного вектора удобно выбрать вектор напряжения .

Электрическая мощность. Активная и реактивная.. Статьи компании «ООО «ЭТК»

13 дек. 2018

Электри́ческая мо́щность — физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии. Формулы электрической мощности, в цепи постоянного и переменного напряжение, разные.

Мощность в цепи постоянного напряжения.

В такой цепи у нас есть плюс и минус, если замкнуть эту цепь через какой-то потребитель электроэнергии и, зная напряжение и ток, который протекает при включенном потребителе электроэнергии, мы  можем узнать, какая мощность потребляется, умножив величину напряжения на величину тока

Мощность в цепи переменного напряжения.

Если при постоянном напряжении все достаточно просто: есть ток, напряжение, сопротивление. То в цепи переменного тока, Электрическая мощность может быть полной, активной и реактивной. А точнее говоря, активная и реактивная мощности являются составляющими полной мощности.

Активная мощность – это величина, которая характеризует процесс преобразования электроэнергии в какой-либо другой вид энергии. Другими словами, электрическая мощность, как бы, показывает скорость потребления электроэнергии. Это та мощность, за которую мы платим деньги, которую считает счетчик.

Активную мощность можно определить по такой формуле:

Если активная мощность – это, непосредственно, та энергия, которую потребляют электроприборы преобразуя ее в другой вид энергии, к примеру, в тепловую энергию или в свет, то реактивная мощность – это, своего рода, невидимый помощник.

Реактивная мощность используется для создания электромагнитных полей, такие вещи, как электродвигатели, к примеру, ее потребляют.  Но вообще, реактивная мощность, если можно так сказать, характеризует характер нагрузки . Она может как потребляться, так и генерироваться. Реактивная составляющая электрического тока возникает только в цепях, содержащих реактивные элементы (индуктивности и ёмкости) и расходуется обычно на бесполезный нагрев проводников, из которых составлена эта цепь. Примером таких реактивных нагрузок являются электродвигатели различного типа, переносные электроинструменты (электродрели, «болгарки», штроборезы и т.п.), а также различная бытовая электронная техника.

Рассчитать ее можно по формуле:

 

В чем разница между кВт и кВа?

В разделе «Справочная информация» содержатся пояснения о различных терминах, используемых при описании технических характеристик оборудования, которые неподготовленному человеку бывает нелегко понять.

 

Различия «кВА» и «кВт»

Зачастую, в прайсах различных производителей электрическая мощность оборудования указывается не в привычных киловаттах (кВт), а в «загадочных» кВА (киловольт-амперах). Как же понять потребителю сколько «кВА» ему нужно?

Существует понятие активной (измеряется в кВт) и полной мощности (измеряется в кВА).

Полная мощность переменного тока есть произведение действующего значения силы тока в цепи и действующего значения напряжения на её концах. Полную мощность есть смысл назвать «кажущейся»,так как эта мощность может не вся участвовать в совершении работы. Полная мощность — это мощность передаваемая источником, при этом часть её преобразуется в тепло или совершает работу (активная мощность), другая часть передаётся электромагнитным полям цепи — эта составляющая учитывается введением т.н. реактивной мощности.

Полная и активная мощность — разные физические величины, имеющие размерность мощности. Для того, чтобы на маркировках различных электроприборов или в технической документации не требовалось лишний раз указывать, о какой мощности идёт речь, и при этом не спутать эти физические величины, в качестве единицы измерения полной мощности используют вольт-ампер вместо ватта.

Если рассматривать практическое значение полной мощности, то это величина, описывающая нагрузки, реально налагаемые потребителем на элементы подводящей электросети (провода, кабели, распределительные щиты, трансформаторы, линии электропередачи, генераторные установки…), так как эти нагрузки зависят от потребляемого тока, а не от фактически использованной потребителем энергии. Именно поэтому номинальная мощность трансформаторов и распределительных щитов измеряется в вольт-амперах, а не в ваттах.

Отношение активной мощности к полной мощности цепи называется коэффициентом мощности.

Коэффициент мощности (cos фи) есть безразмерная физическая величина, характеризующая потребителя переменного электрического тока с точки зрения наличия в нагрузке реактивной составляющей. Коэффициент мощности показывает, насколько сдвигается по фазе переменный ток, протекающий через нагрузку, относительно приложенного к ней напряжения.

Численно коэффициент мощности равен косинусу этого фазового сдвига.

Значения коэффициента мощности:

1.00	идеальный показатель
0.95	хорошее значение
0.90	удовлетворительное значение
0.80	плохое значение

Большинство производителей определяют потребляемую мощность своего оборудования в Ваттах.

В случае, если потребитель не имеет реактивной мощности (нагревательные приборы – такие как чайник, кипятильник, лампа накаливания, ТЭН), информация о коэффициенте мощности неактуальна, в виду того, что он равен единице. То есть в таком случае полная мощность, потребляемая прибором и необходимая для его эксплуатации, равна активной мощности в Ваттах.

P = I*U*Сos (fi) →

P = I*U*1 →

P=I*U

Пример: В паспорте электрического чайника указана потребляемая мощность – 2 кВт. Это значит, что и полная мощность, необходимая для успешного функционирования прибора, составит 2 кВА.

Если же потребителем является прибор, имеющий в своем составе реактивное сопротивление (емкость, индуктивность), в технических данных всегда указывается мощность в Ваттах и значение коэффициента мощности для данного прибора. Это значение определяется параметрами самого прибора, а конкретно – соотношением его активных и реактивных сопротивлений.

Пример: В техническом паспорте перфоратора указана потребляемая мощность – 5 кВт и коэффициент мощности (Сos(fi)) – 0.85. Это значит, что полная мощность, необходимая для его работы, составит

Pполн.= Pакт./Cos(fi)

Pполн.= 5/0.85= 5,89 кВА

При выборе генераторной установки часто возникает резонный вопрос – «Сколько же мощности она все-таки сможет выдать?». Это обусловлено тем, что в характеристиках генераторных установок указывается полная мощность в кВА. Ответом на этот вопрос и служит данная статья.

Пример: Генераторная установка мощностью 100 кВА. Если потребители будут иметь только активное сопротивление, то кВА=кВт. Если также будет присутствовать и реактивная составляющая, то надо учитывать коэффициент мощности нагрузки.

Именно поэтому в характеристиках генераторных установок указывается полная мощность в кВА. А уж как Вы ее будете использовать – решать только Вам.

Мощность

— активная энергия, реактивная энергия или просто энергия?

Могу ли я сказать, что, используя активную мощность, я могу оценить потребление активной энергии двигателем, или что активная энергия не является широко используемым термином, особенно в промышленной среде?

Истинная мощность — это фактическое потребление / преобразование энергии, поэтому нет необходимости оценивать его, если вы это уже знаете. Активная или истинная энергия, если это допустимые термины, будет просто количеством энергии, которое должно быть преобразовано в неэлектрическую энергию, а активная / истинная мощность — это скорость преобразования.

Если я могу использовать вышеуказанный термин, можно ли вообще не учитывать реактивную энергию? Имеет ли смысл говорить о реактивной энергии?

Я подозреваю, что это сильно зависит от того, что вы делаете. Если это не имеет отношения к вашей задаче, да, вы можете проигнорировать это, но если вы обычно спрашиваете, можете ли вы игнорировать коэффициент мощности или что-то в этом роде, ответ — нет.

Что мы обычно имеем в виду, когда говорим об электроэнергии на заводе?

Когда мы говорим об электрической энергии на заводе или в любой другой системе, мы имеем в виду потенциальную энергию, доступную из-за разницы напряжений, которая вызывает протекание тока для выполнения задач, электрических по своей природе или нет.

Мы имеем в виду сумму активной мощности в кВтч?

кВтч, или тысяча ватт-часов, относится к потреблению / преобразованию энергии, которую они производят, умножая скорость преобразования энергии (показатель мощности) на период, в течение которого энергия преобразуется, поэтому цифра в кВтч выражает количество используемой или доступной энергии.

Или мы используем полную мощность для расчета энергии в этом случае?

Хммм, я думаю, вы можете быть очень не уверены в том, что в первую очередь означают мощность и энергия.Прежде чем продолжить, я хотел бы отметить, что непонятно, о чем вы говорите. Используем ли мы , какое значение полной мощности в , каким образом для расчета какого значения энергии? На большинство ваших вопросов также трудно ответить, поэтому я добавлю следующее:

Хмммм … Хорошо, я думаю, небольшое разъяснение может исправить ситуацию для вас.

Истинная мощность — это мощность, которая фактически «используется» (преобразуется в какую-либо другую форму энергии и удаляется из схемы в виде тепла, кинетической энергии и т. Д.).

Реактивная мощность — это мощность, которая накапливается в реакторах (катушках индуктивности и конденсаторах) и позже возвращается в схему.Хотя эта мощность сама по себе не используется схемой, она может способствовать потере тепла, поскольку увеличивает ток в отдельных частях схемы, поскольку он «звенит» взад и вперед между реакторами.

Полная мощность — это мощность, которая появляется, когда вы просто измеряете цепь без выделения реактивной части мощности. Какой-то модный парень понял, что взаимосвязь между этими фигурами может быть выражена с помощью математики, относящейся к сторонам треугольника, как вы видите здесь:

Реактивная энергия, во всяком случае, будет энергией, запасенной реакторами в цепи, и ее скорость передачи / накопления, вероятно, будет реактивной мощностью.

Надеюсь, это поможет.

активных и пассивных компонентов — в чем разница между ними? — Компоненты ES

Два типа электронных устройств

Электронные элементы, составляющие цепь, соединяются вместе проводниками, образуя законченную цепь.

• Активные компоненты

• Пассивные компоненты

Активные компоненты

Активный компонент — это электронный компонент, который подает энергию в цепь.

Общие примеры активных компонентов включают:

• Источники напряжения

• Источники тока

• Генераторы (например, генераторы переменного тока и генераторы постоянного тока)

• Все типы транзисторов (например, транзисторы с биполярным переходом, МОП-транзисторы, полевые транзисторы и полевые транзисторы)

• Диоды (например, стабилитроны, фотодиоды, диоды Шоттки и светодиоды)

Источники напряжения

Источник напряжения является примером активного компонента в цепи.Когда ток уходит от положительной клеммы источника напряжения, в цепь подается энергия. Согласно определению активного элемента, аккумулятор также можно рассматривать как активный элемент, поскольку он непрерывно подает энергию в схему во время разряда.

Источники тока

Источник тока также считается активным компонентом. Ток, подаваемый в цепь от идеального источника тока, не зависит от напряжения в цепи. Поскольку источник тока управляет потоком заряда в цепи, он классифицируется как активный элемент.

Транзисторы

Транзисторы, хотя и не так очевидны, как источник тока или напряжения, также являются активным компонентом схемы. Это связано с тем, что транзисторы могут усиливать мощность сигнала (см. Нашу статью о транзисторах в качестве усилителя, если вы хотите точно знать, как).

Пассивные компоненты

Пассивный компонент — это электронный компонент, который может только получать энергию, которую он может рассеивать, поглощать или накапливать в электрическом поле или магнитном поле.Пассивным элементам для работы не требуется электричество.

Как следует из названия «пассивный» — пассивные устройства не обеспечивают усиления или усиления. Пассивные компоненты не могут усиливать, генерировать колебания или генерировать электрический сигнал.

Типичные примеры пассивных компонентов включают:

• Резисторы

• Катушки индуктивности

• Конденсаторы

• Трансформаторы

Резисторы

Резистор не считается пассивным элементом, поскольку он не может быть использован в качестве пассивного элемента. энергия в цепь.Вместо этого резисторы могут получать только энергию, которую они могут рассеивать в виде тепла, пока через них протекает ток.

Катушки индуктивности

Катушка индуктивности также считается пассивным элементом схемы, поскольку она может накапливать в ней энергию в виде магнитного поля и передавать эту энергию в цепь, но не непрерывно. Способность индуктора к поглощению и передаче энергии ограничена и носит временный характер. Поэтому индуктор взят как пассивный элемент цепи .

Конденсаторы

Конденсатор считается пассивным элементом, поскольку он может накапливать в нем энергию в виде электрического поля. Энергетическая способность конденсатора ограничена и нестационарна — он фактически не подает энергию, а накапливает ее для дальнейшего использования.

Таким образом, он не считается активным компонентом, так как энергия не подается и не усиливается.

Трансформаторы

Трансформатор также является пассивным электронным компонентом. Хотя это может показаться удивительным, поскольку для повышения уровня напряжения часто используются трансформаторы — помните, что мощность остается постоянной.

Когда трансформаторы повышают (или понижают) напряжение, мощность и энергия на первичной и вторичной стороне остаются неизменными. Поскольку энергия фактически не усиливается, трансформатор классифицируется как пассивный элемент.

Источник: El; ectrical 4U.com

В чем разница между пассивными и активными корректорами коэффициента мощности?

Эта статья является частью серии «Управление питанием»: в чем разница между ваттами, среднеквадратичным значением и другими показателями?

Загрузить статью в формате.Формат PDF
С каждым днем ​​количество электронных устройств, использующих импульсные блоки питания, увеличивается. В результате коррекция коэффициента мощности стала очень важной проблемой, которая привела к созданию нормативных стандартов. Благодаря этим стандартам инженеры-проектировщики / инженеры по применению используют новейшие технологии в пассивных и активных компонентах, а также в интегральных схемах (ИС) контроллеров для создания широкого спектра корректоров коэффициента мощности.

Коэффициент мощности % {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275edf6d5f267ee20ff10» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Электронный дизайн Com Sites Электронный дизайн com Загрузка файлов 2015 08 0116 Power Analog F1 0 «data-embed-src =» https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2015/12/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2015_08_0116_PowerAnalog_F1_0.png?auto=format&fit=max&w=1440} Треугольник% 1 относится. действительная мощность, реактивная мощность и полная мощность. (Любезно предоставлено Vector Group)

Давайте начнем с обсуждения концепции коэффициента мощности (PF). Предполагая в точности линейную нагрузку с идеальной синусоидальной мощностью, коэффициент мощности электроэнергетическая система — это отношение реальной мощности (кВт) к полной мощности (кВА) ( Рис.1 ).

Его также можно определить как косинус, представляющий фазовый угол между сигналами тока и напряжения. Значение коэффициента мощности может варьироваться от 0 до 1. Когда ток и напряжение совпадают по фазе, коэффициент мощности равен 1.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275edf6d5f267ee20ff12» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Электронный дизайн Com Sites Электронный дизайн com Загрузка файлов 2015 08 0116 Power Analog F2 «data-embed-src =» https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2015/12/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2015_08_0116_PowerAnalog_F2.png?auto=format&fit=max&w=1440 «data-embed-wave. с коэффициентом мощности, равным единице. (Любезно предоставлено Vicor)

Идеальные синусоидальные волны обычно возникают, когда нагрузка состоит из резистивных, емкостных и индуктивных элементов, которые являются линейными (инвариантными с током и напряжением). Этот тип коэффициента мощности обычно связан с промышленное оборудование, такое как электродвигатели ( рис.2 ).

В настоящее время среди электронных устройств с нелинейными нагрузками очень часто встречается коэффициент мощности, потребляющий ток несинусоидальной формы ( Рис. 3 ). Такие электронные устройства используют преобразование мощности для лучшего управления или для экономии энергии. Такое преобразование мощности достигается с помощью импульсных источников питания, которые обычно используются в ПК, аудиовизуальном оборудовании, флуоресцентном освещении, диммерах, копировальных аппаратах, зарядных устройствах и т. Д.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275edf6d5f267ee20ff14» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Электронный дизайн Com Sites Электронный дизайн com Загрузка файлов 2015 08 0116 Power Analog F3 «data-embed-src =» https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2015/12/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2015_08_0116_PowerAnalog_F3.png?auto=format&fit=max&w=1440 «data-embed] синусоидальные формы волны с серьезным искажением волны тока (любезно предоставлено компанией Electrical Engineering Stack Exchange)

На рисунке 3 показано, что ток и напряжение идеально совпадают по фазе, даже несмотря на серьезные искажения волны тока.Применение «косинуса фазового угла» приведет к неправильному выводу о том, что этот источник питания имеет коэффициент мощности 1,0. В этом случае коэффициент мощности следует анализировать с точки зрения гармонического ряда основной частоты линии электропередачи. Принимая во внимание абсолютные значения общих гармонических искажений (THD), можно определить коэффициент мощности для нелинейных нагрузок, как показано на рис. 4 .

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275edf6d5f267ee20ff16» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Электронный дизайн Com Sites Электронный дизайн com Загрузка файлов 2015 08 0116 Power Analog F4 «data-embed-src =» https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2015/12/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2015_08_0116_PowerAnalog_F4.png?auto=format&fit=max&w=1440} caption = «data-embed-Relationship» the illustration-embed-imagets. между коэффициентом мощности и общими гармоническими искажениями (THD).

Коэффициент мощности, не равный единице, может вызвать гармонические искажения. Такие искажения могут мешать другим устройствам, получающим питание от того же источника.4 , можно сказать, что для достижения коэффициента мощности 1,0 значение THD должно быть равно нулю. Гармонические искажения могут вызвать серьезные проблемы, такие как повреждение кабелей и другого оборудования в сетях, а также риск перегрева и пожара, высокое напряжение и циркулирующие токи, сбои в работе оборудования и отказы компонентов и т. Д.

Корректор коэффициента мощности

Коррекция коэффициента мощности (PFC) используется для предотвращения гармоник входного тока, тем самым сводя к минимуму помехи для других устройств, питающихся от того же источника.В Европе и Японии электрическое оборудование должно соответствовать стандарту IEC61000-3-2. Этот стандарт применяется к большинству электроприборов с потребляемой мощностью более 75 Вт (оборудование класса D). Он также определяет максимальную амплитуду гармоник линейной частоты до 39 ^{-й гармоники} включительно.

В Соединенных Штатах нет стандартов для ограничения выбросов гармонических токов, излучаемых электрическим оборудованием, как в Европе (IEC6100-3-2). Однако инициатива под названием 80 PLUS пытается интегрировать более эффективные блоки питания, особенно для настольных компьютеров, серверов и ноутбуков.

80 PLUS подтверждает энергоэффективность более 80% при 20%, 50% и 100% номинальной нагрузки. Чтобы соответствовать сертификации 80 PLUS, блоки питания требуют PFC не ниже 0,9 при 100% нагрузке. Это означает, что блоки питания, которые расходуют не более 20% электроэнергии (в виде тепла при определенных уровнях нагрузки), приведут к снижению потребления электроэнергии и снижению счетов. Производителям, использующим сертифицированные 80 PLUS блоки питания, иногда предоставляются скидки.

Типы корректоров коэффициента мощности % {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275edf6d5f267ee20ff18» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Электронный дизайн Com Sites Электронный дизайн com Загрузка файлов 2015 08 0116 Power Analog F5 0 «data-embed-src =» https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2015/12/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2015_08_0116_PowerAnalog_F5_0.png?auto=format&fit=max&w=1440} data-embed пассивный корректор коэффициента мощности (любезно предоставлен Википедией)

Для уменьшения гармонических искажений используются два типа корректоров коэффициента мощности: пассивный PFC и активный PFC.

Как следует из названия, пассивный PFC использует пассивные компоненты для коррекции плохих коэффициентов мощности (например,г., катушки индуктивности и конденсаторы). Пассивный PFC корректирует коэффициент мощности до 0,7-0,85. Вот наиболее распространенные типы пассивных PFC:

1. Конденсаторный входной фильтр: Также называемый пи-фильтром, он удаляет нежелательные частоты из сигнала. Фильтр уменьшает содержание гармоник в форме волны тока, следя за тем, чтобы частота среза фильтра была чуть выше основной частоты. В результате может быть достигнуто оптимальное затухание гармоник ( Рис. 5 ).

2. PFC с заполнением впадин: Этот корректор коэффициента мощности может использоваться в приложениях с низким энергопотреблением, где допустимы высокие эффективные пульсации напряжения на выходе постоянного тока. Он часто используется в приложениях электронного балласта. Схема содержит два конденсатора и три диода. Два конденсатора заряжаются последовательно вокруг пика линии до половины пикового напряжения линии. Когда линейное напряжение падает ниже напряжения одиночного конденсатора, диоды выпрямительного моста имеют обратное смещение, что не позволяет току течь.Затем диоды, заполняющие впадину, проводят, а конденсаторы подключаются параллельно для питания нагрузки. На рисунке 6 показана обычная схема с заполнением впадин.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275edf6d5f267ee20ff1a» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Электронный дизайн Com Sites Electronicdesign com Загрузка файлов 2015 08 0116 Power Analog F6 «data-embed-src =» https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2015/12/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2015_08_0116_PowerAnalog_F6.png? auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}% 6. Заполнение впадин — это пассивный корректор коэффициента мощности. (Предоставлено П. Парто и К. Смедли, Университет Калифорния)

В пассивных методах обычно используется простой LC-фильтр линейной частоты для увеличения угла проводимости тока и уменьшения THD входного тока диодно-конденсаторного выпрямителя. Благодаря своей простоте пассивный LC-фильтр представляет собой высокоэффективное и недорогое решение для коррекции коэффициента мощности, которое потенциально может соответствовать спецификациям IEC 61000-3-2 класса D в диапазоне низкого энергопотребления.Однако при более высоких уровнях мощности размер и вес пассивных компонентов становятся проблемой из-за наличия более тяжелых и громоздких катушек индуктивности фильтра. Пассивные методы имеют определенные преимущества, такие как простота, надежность и прочность, нечувствительность к шумам и скачкам напряжения, отсутствие генерации высокочастотного электромагнитного интерфейса (EMI) и отсутствие высокочастотных коммутационных потерь.

Активные PFC используют схемы активной электроники, которые содержат такие устройства, как MOSFET, BJT и IGBT.Существует широкий спектр топологий для активных PFC, и разработчики электроники / источников питания могут создавать схемы с различными режимами работы и различными задачами по мере развития технологий. Вот два основных типа активных PFC:

1. Boost: Эта популярная реализация, также называемая повышающим преобразователем, представляет собой преобразователь мощности с выходным постоянным напряжением, превышающим его входное постоянное напряжение. Этот класс импульсных источников питания (ИИП) содержит как минимум два полупроводниковых переключателя и как минимум один элемент накопления энергии.Фильтры обычно добавляются к выходу преобразователя для уменьшения пульсаций выходного напряжения. Поскольку мощность должна быть сохранена, выходной ток ниже, чем входной.

Почти во всех повышающих корректорах коэффициента мощности используется стандартная микросхема контроллера для упрощения проектирования, уменьшения сложности схемы и экономии затрат ( Рис. 7 ).

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275edf6d5f267ee20ff1c» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Electronicdesign Com Sites Electronicdesign com Загрузка файлов 2015 08 0116 Power Analog F7 «data-embed-src =» https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2015/12/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2015_08_0116_PowerAnalog_F7.png?auto=format&fit=max&w=1440 «data-embed] активный корректор коэффициента мощности (любезно предоставлено Л. Россетто, Дж. Спиацци, П. Тенти, Университет Падуи).

Когда переключатель (S) замкнут, выход индуктора соединяется с землей, и на него подается напряжение (Vi). Ток индуктора увеличивается со скоростью, равной Vi / L.Однако при размыкании переключателя напряжение на катушке индуктивности изменяется и становится равным VL-Vin. Ток, протекающий в катушке индуктивности, спадает со скоростью, равной (VL-Vi) / L.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275edf6d5f267ee20ff1e» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Электронный дизайн Com Sites Electronicdesign com Загрузка файлов 2015 08 0116 Power Analog F8 «data-embed-src =» https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2015/12/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2015_08_0116_PowerAnalog_F8.png? auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}% 8. Понижающая конструкция представляет собой активный корректор коэффициента мощности. (Предоставлено Radio Electronics)

Дроссель фильтра на входе является основным преимуществом повышающих PFC, поскольку он допускает входные токи с низкими искажениями, которые предотвращают снижение значения коэффициента мощности. Недостатком этого подхода является то, что выходное напряжение всегда превышает пиковое входное напряжение. отсутствие ограничения тока во время перегрузки и короткого замыкания из-за прямого соединения между линией и нагрузкой.

2. Buck: Этот понижающий преобразователь напряжения и повышающий преобразователь тока работают по принципу накопления энергии в катушке индуктивности. Имеется переключающий элемент (силовой полевой МОП-транзистор или IGBT), который может быть открыт или закрыт ( рис. 8 ).

Когда переключатель находится в положении ON (т. Е. MOSFET включен), пик тока течет к нагрузке, и энергия накапливается как в катушке индуктивности (L), так и в конденсаторе (C), и ток не течет. через диод, так как он смещен в обратном направлении.Когда переключатель находится в положении ВЫКЛ, энергия, накопленная в (L), возвращается в цепь, и ток течет через нагрузку и диод. В какой-то момент, когда напряжение нагрузки начинает падать, заряд, накопленный в C, становится основным источником тока, пока переключатель снова не будет включен.

Понижающие преобразователи

могут быть очень эффективными (95% или выше для интегральных схем).

Заключение Корректоры коэффициента мощности

претерпели значительные изменения в связи с повышенным интересом к соблюдению таких стандартов, как IEC61000-3-2 (подавление гармоник), пределы электромагнитных помех и другие.Они улучшились и стали более рентабельными за счет более совершенных контроллеров на интегральных схемах.

Основное различие между пассивными и активными PFC заключается в простом использовании пассивных компонентов по сравнению с использованием в основном активных компонентов с интегральными схемами контроллера. Оба могут обеспечивать коррекцию коэффициента мощности на разных уровнях. В зависимости от эффективности конструкции, стоимости и топологии они могут использоваться в самых разных приложениях. (См. Таблицу.)

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275edf6d5f267ee20ff20» data-embed-element = «span» data-embed-size = «640w» data-embed- alt = «Electronicdesign Com Sites Загрузки файлов Electronicdesign com 2015 08 0116 Аналоговая таблица мощности» data-embed-src = «https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2015/12/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2015_08_0116_PowerAnalog_Table.png?auto=format&fit=max&w=1440} caption = «9174» data-embed

Подробнее из серии «Управление питанием»: в чем разница между ваттами, среднеквадратичным значением и другими показателями?

Загрузить статью в формате .PDF

Артикул:

1. с.Парто, К. Смедли, «Пассивная коррекция коэффициента мощности для обратных преобразователей», Калифорнийский университет.
2. Л. Россетто, Дж. Спиацци, П. Тенти, «Методы управления преобразователем коррекции коэффициента мощности», Университет Падуи, 1994.
3. О полупроводниках, «Справочник по коррекции коэффициента мощности (PFC)».
4. Артесин, «Коррекция коэффициента мощности».
5. Vicor, «Активная коррекция коэффициента мощности для электронных источников питания».
6. Fairchild Semiconductor, «Основы коррекции коэффициента мощности».
7. Infeon, «Руководство по выбору деталей для коррекции коэффициента мощности».

Счетчики активной или реактивной мощности EQ — Аналоговые счетчики

Файлы cookie на нашей веб-странице

Что такое cookie?

Файл cookie — это небольшой фрагмент данных, отправленный с веб-сайта и хранящийся в веб-браузере пользователя, пока пользователь просматривает веб-сайт. Когда пользователь будет просматривать тот же веб-сайт в будущем, данные, хранящиеся в файле cookie, могут быть извлечены веб-сайтом для уведомления веб-сайта о предыдущей активности пользователя.

Как мы используем файлы cookie?

Посещение этой страницы может генерировать следующие типы файлов cookie.

Строго необходимые файлы cookie

Эти файлы cookie необходимы для того, чтобы вы могли перемещаться по веб-сайту и использовать его функции, такие как доступ к защищенным областям веб-сайта. Без этих файлов cookie не могут быть предоставлены запрашиваемые вами услуги, такие как корзины покупок или электронное выставление счетов.

2. Производительные файлы cookie.

Эти файлы cookie собирают информацию о том, как посетители используют веб-сайт, например, какие страницы посетители посещают чаще всего, и получают ли они сообщения об ошибках с веб-страниц.Эти файлы cookie не собирают информацию, позволяющую идентифицировать посетителя. Вся информация, которую собирают эти файлы cookie, является агрегированной и, следовательно, анонимной. Он используется только для улучшения работы веб-сайта.

3. Функциональные файлы cookie

Эти файлы cookie позволяют веб-сайту запоминать сделанный вами выбор (например, ваше имя пользователя, язык или регион, в котором вы находитесь) и предоставлять расширенные, более личные функции. Например, веб-сайт может предоставлять вам местные прогнозы погоды или новости о ситуации на дорогах, сохраняя в файле cookie регион, в котором вы в настоящее время находитесь.Эти файлы cookie также можно использовать для запоминания изменений, внесенных вами в размер текста, шрифты и другие части веб-страниц, которые вы можете настроить. Их также можно использовать для предоставлять запрашиваемые вами услуги, такие как просмотр видео или комментирование блога. Информация, собираемая этими файлами cookie, может быть анонимной, и они не могут отслеживать вашу активность на других веб-сайтах.

4. Целевые и рекламные файлы cookie.

Эти файлы cookie используются для доставки рекламы, более соответствующей вам и вашим интересам. Они также используются для ограничения количества раз, когда вы видите рекламу, а также для измерения эффективности рекламной кампании.Обычно они размещаются рекламными сетями с разрешения оператора веб-сайта. Они помнят, что вы посетили веб-сайт, и эта информация передается другим организациям, например рекламодателям. Довольно часто целевые или рекламные файлы cookie будут связаны к функциям сайта, предоставленным другой организацией.

Управление файлами cookie

Куки-файлами можно управлять через настройки веб-браузера. Пожалуйста, ознакомьтесь с помощью вашего браузера, как управлять файлами cookie.

На этом сайте вы всегда можете включить / выключить файлы cookie в пункте меню «Управление файлами cookie».

Управление сайтом

Этот сайт находится под управлением:

Искра д.д.

Активная, реактивная и полная мощность

В этом блоге мы поймем концепцию активной, реактивной и полной мощности. Мы также будем изучать мгновенную мощность. Мы также увидим, как активная, реактивная и полная мощность связаны друг с другом, что объясняется треугольником мощности.Итак, в конце этого блога мы рассмотрим Треугольник власти. Следовательно, в этом блоге есть о чем рассказать. Итак, начнем.

Для инженера-электрика очень важно знать активную, реактивную и полную мощность, потому что этот раздел является одним из строительных блоков энергосистемы.

Активная, реактивная и полная мощность проявляется только в случае цепей переменного тока, а не в случае цепей постоянного тока, потому что все мы знаем, что формы сигналов напряжения и тока синусоидальны в случае цепей переменного тока.

Вот почему мы изучаем активную, реактивную и полную мощность в цепях переменного тока только не в цепях постоянного тока. В цепях постоянного тока мы изучаем мощность постоянного тока.

Прежде чем изучать активную, реактивную и полную мощность, мы должны знать, «что такое мгновенная мощность?»

МГНОВЕННАЯ СИЛА

Мощность, которая измеряется в определенный момент времени, известна как Мгновенная мощность.

(ИЛИ)

Умножение напряжения и тока в определенный момент времени известно как мгновенной мощности.

Чтобы понять концепцию мгновенной мощности, давайте рассмотрим форму волны некоторой цепи, показанной на диаграмме ниже.

В момент t ₁

P ₁ = V ₁ (+ ve) * I ₁ (-ve) = -ve

Мгновенная мощность P ₁ в момент t ₁ отрицательна.

В момент t ₂

P ₂ = V ₂ (+ ve) * I ₂ (+ ve) = + ve

Мгновенная мощность P ₂ в момент t ₂ положительна.

Из приведенного выше примера мы можем сказать, что

• Мгновенная мощность может быть положительной и отрицательной.

Что такое положительная сила и отрицательная сила?

Положительная мощность

Когда мощность течет от источника к нагрузке в цепи, мощность называется Положительная мощность.

Отрицательная мощность

В некоторых ситуациях мощность может течь от нагрузки к источнику.В этом случае мощность известна как отрицательная мощность .

• Отрицательная мощность индуцируется в цепи в случае индуктивной нагрузки, емкостной нагрузки и при наличии некоторых нелинейных устройств, таких как выпрямительный мост.

АКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ

Чтобы понять концепцию активной мощности, давайте возьмем пример чисто резистивной цепи.

На принципиальной схеме чисто резистивная нагрузка питается от источника переменного тока с напряжением В и током в цепи I.

В случае чисто резистивной нагрузки напряжение и ток остаются в одной фазе, как показано на векторной диаграмме. Это означает, что осциллограммы напряжения и тока достигают своего положительного и отрицательного пика одновременно, и обе формы сигнала пересекают нулевое значение в один и тот же момент времени, и это можно проверить на формах сигналов, приведенных ниже.

Теперь мы увидим полярность мгновенной мощности в разные моменты времени.

В момент t ₁

P ₁ = V ₁ (+ ve) * I ₁ (+ ve) = + ve

В момент t ₂

P ₂ = V ₂ (-ve) * I ₂ (-ve) = + ve

Следовательно, в случае чисто резистивной нагрузки мощность всегда положительна в каждый момент времени, что означает, что мощность всегда течет от источника к нагрузке.Этот тип мощности известен как активная мощность .

Свойства активной мощности

• Активная мощность всегда положительная.
• Активная мощность не меняет своего направления, как вы можете видеть на осциллограмме.
• Он всегда перетекает от источника к загрузке.
• Активная мощность всегда отвечает за полезную работу, например: свет, звук, движение и т. Д.
• Обозначается буквой «P» и измеряется в «Ваттах».{\ circ}} \)
• \ (\ Rightarrow P = VI \ quad Watts \) ​​

РЕАКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ

Мы поймем концепцию реактивной мощности с помощью чисто индуктивной цепи.

На принципиальной схеме чисто индуктивная нагрузка питается от источника переменного тока с напряжением В и током в цепи I.

В случае чисто индуктивной нагрузки ток отстает от напряжения питания на 90 ^–, как показано на векторной диаграмме.

Это означает, что форма волны тока достигает своего положительного пика, отрицательного пика и пересекает нулевое значение 90 ^o после формы волны напряжения. Ниже приведены кривые напряжения, тока и мощности для чисто индуктивной нагрузки.

Теперь мы увидим полярность мгновенной мощности в разные моменты времени.

В момент t ₁

P ₁ = V ₁ (+ ve) * I ₁ (-ve) = -ve

В момент t ₂

P ₂ = V ₂ (-ve) * I ₂ (-ve) = + ve

Следовательно, в случае чисто индуктивной нагрузки мощность может быть как положительной, так и отрицательной.Это означает, что мощность идет вперед и назад между источником и нагрузкой точно так же, как маятник, не выполняя никакой полезной работы в системе. Этот тип мощности известен как реактивная мощность .

Теперь давайте посмотрим, что происходит в случае с чисто емкостной нагрузкой .

В случае чисто емкостной нагрузки ток опережает напряжение на 90 ^o , что означает, что форма волны тока достигает своего положительного пика, отрицательного пика и нулевого значения 90 ^o перед формой волны напряжения.Векторная диаграмма и формы сигналов для чисто емкостной нагрузки приведены ниже.

На графике мощности видно, что мощность также является положительной и отрицательной, что означает, что мощность колеблется между источником и нагрузкой, не выполняя никакой полезной работы. Этот тип мощности известен как реактивная мощность .

Если мы внимательно понаблюдаем за формами колебаний мощности как для чисто индуктивной, так и для чисто емкостной нагрузки, мы обнаружим, что величина положительной и отрицательной мощности абсолютно одинакова.

Следовательно, у средняя мощность в случае чисто индуктивной нагрузки и чисто емкостной нагрузки равна нулю.

Почему мощность течет в обратном направлении в случае индуктивных и емкостных нагрузок?

Во время положительного полупериода, когда мощность положительная, то есть мощность течет от источника к нагрузке, конденсатор накапливает энергию в виде электрического поля.

Во время отрицательного полупериода электрическое поле конденсатора схлопывается, и вся энергия, накопленная в конденсаторе, отправляется обратно к источнику, и мощность начинает течь от нагрузки к источнику.Следовательно, мы получаем отрицательную мощность.

Аналогично, в случае индуктивной нагрузки, во время положительного полупериода, когда мощность положительная, то есть мощность течет от источника к нагрузке, индуктор накапливает энергию в виде магнитного поля.

Во время отрицательного полупериода магнитное поле индуктора схлопывается, и вся энергия, накопленная в индукторе, высвобождается и отправляется обратно к источнику, и мощность начинает течь от нагрузки к источнику. {\ circ}} \)

\ (\ Rightarrow Q = VI \ quad VAR \)

ВНЕШНЯЯ МОЩНОСТЬ

Случаи, которые мы видели до сих пор (чисто резистивная, чисто индуктивная и чисто емкостная нагрузка), являются стандартными случаями.

На самом деле, большинство нагрузок, которые мы используем в нашей повседневной жизни (например: электрический вентилятор, электрический утюг, асинхронный двигатель и т. Д.), Представляют собой комбинацию резистивной и индуктивной нагрузки. Некоторые нагрузки также могут представлять собой комбинацию резистивной и емкостной нагрузки, но большинство бытовых и промышленных нагрузок представляют собой смесь резистивной и индуктивной нагрузки.

Общая схема для смеси резистивной и индуктивной нагрузки показана на схеме.

Резистивный компонент потребляет активную мощность, а индуктивный компонент — реактивную мощность.Таким образом, общая мощность, отдаваемая источником, представляет собой комбинацию активной и реактивной мощности, и эта мощность известна как кажущаяся мощность .

В случае комбинации резистивной и индуктивной нагрузки ток отстает от напряжения питания на угол \ (\ phi \), что означает, что форма волны тока достигает своего положительного пика, отрицательного пика и нулевого значения с фазовой задержкой \ (\ phi \) От формы сигнала напряжения.

Векторная диаграмма и формы сигналов для смеси резистивной и индуктивной нагрузки приведены ниже.

На диаграмме формы сигнала мы можем видеть, что мощность бывает положительной и отрицательной из-за наличия активной и реактивной мощности в цепи. Кроме того, величина положительной мощности больше, чем величина отрицательной мощности.

Следовательно, средняя мощность в этом случае не будет равна нулю и, следовательно, мы получим некоторую мощность от системы. Но в этом случае средняя мощность меньше по сравнению со средней мощностью чисто резистивной цепи.

Свойства полной мощности

• Полная мощность — это комбинация активной и реактивной мощности.{2} \)

ТРЕУГОЛЬНИК СИЛОВЫЙ

Треугольник мощности — это прямоугольный треугольник, который показывает соотношение между активной, реактивной и полной мощностью.

Основание, нормаль и гипотенуза прямоугольного треугольника обозначают активную, реактивную и полную мощность соответственно.

Чтобы получить треугольник мощности, мы будем использовать векторную диаграмму смеси резистивной и емкостной нагрузки.

В случае сочетания резистивной и емкостной нагрузки ток опережает напряжение питания на некоторый угол \ (\ phi \).Теперь ток можно разделить на две перпендикулярные составляющие, которые равны

• \ (I \ cos {\ phi} \) = Составляющая тока (I), которая находится в фазе с напряжением питания (В).
  • \ (I \ cos {\ phi} \) известен как Активная или Ваттная составляющая тока (I)
• \ (I \ sin {\ phi} \) = Компонент тока (I) который на 90 ^o не совпадает по фазе с напряжением питания (В).
  • \ (I \ sin {\ phi} \) известна как Реактивная или безватная составляющая тока (I)

Теперь, чтобы получить треугольник мощности, давайте отдельно нарисуем треугольник тока.{2} \)

Наблюдать за активной, реактивной и полной мощностью

Подробнее

Распределительное устройство и защита

Системы управления и виды систем управления

Поделиться этой записью: в Твиттере на Фейсбуке в Google+

Умный подход: Хан, Басим, Герреро, Хосеп М., Padmanaban, Sanjeevikumar, Haes Alhelou, Hassan, Mahela, Om P., Tanwar, Sudeep: 9781119599517: Amazon.com: Books

СЕТЬ АКТИВНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

Откройте для себя основные проблемы, решения, методы и применения активного электрического распределительные сети с этим отредактированным ресурсом

Активная электрическая распределительная сеть: умный подход представляет собой исчерпывающее и содержательное руководство, посвященное решению основных проблем, влияющих на часто упускаемый из виду сектор электротехнической промышленности: распределение электроэнергии.В книге подробно обсуждаются различные проблемы, с которыми сталкиваются интеллектуальные электрические распределительные сети, и представлена ​​подробная схема решения этих проблем с помощью интеграции возобновляемых источников энергии.

Книга предлагает читателям подробный анализ активных распределительных сетей для интеллектуальных сетей, а также подходы к активному контролю для распределенной генерации, технологии электромобилей, интеллектуальных систем измерения, интеллектуальных устройств мониторинга, интеллектуальных систем управления и различных систем хранения.В нем представлен анализ, моделирование и реализация активных систем распределения электроэнергии, а также исследование способов, которыми профессионалы и исследователи из академических кругов и промышленности пытаются решить стоящие перед ними серьезные проблемы.

От систем управления энергопотреблением умного дома до подходов к реконфигурации активных распределительных сетей с интеграцией возобновляемых источников энергии читателям также понравится:

• Подробное знакомство с электрическими распределительными сетями, включая обычные и интеллектуальные сети
• Изучение различных существующих вопросы, связанные с электрическими распределительными сетями
• Исследование важности подавления гармоник в интеллектуальных распределительных сетях, включая активные фильтры
• Обработка компенсации реактивной мощности в интеллектуальных распределительных сетях, включая такие методы, как батареи конденсаторов и интеллектуальные устройства
• Анализ оценки и повышения надежности интеллектуальной распределительной сети

Идеально подходит для профессионалов, ученых, технологов, разработчиков, проектировщиков и исследователей в области интеллектуальных сетевых технологий, безопасности и информационных технологий, Active Electrical Distribution N etwork: A Smart Approach также займет место в библиотеках профессионалов в области политики и администрирования, а также тех, кто занимается электроэнергетикой, разработкой политики в области электроэнергетики и регулирующими органами.

Электронные нагрузки — новое поколение

Электронные нагрузки

постоянного тока доступны для приложений электронного тестирования в течение нескольких десятилетий. Сегодняшняя продукция включает в себя переключаемые резисторы, высокоскоростные активные нагрузки, использующие силовые полупроводники, и рекуперативные нагрузки, которые возвращают энергию в сеть. Каждая технологическая группа нашла свое применение в различных приложениях. В этой статье описываются некоторые преимущества и недостатки альтернативных технологий и представлена ​​недавно разработанная топология гибридной схемы, предлагающая некоторые уникальные характеристики производительности.

Коммутируемые резистивные нагрузки

Самое старое поколение электронных нагрузок основано на переключении резистивных компонентов. В зависимости от уровня мощности резисторы обычно изготавливаются из стальных пластин, нихромовой проволоки или металлопленочных резисторов. Коммутируемые резистивные нагрузки имеют самую низкую стоимость ватта, но худшие характеристики с точки зрения динамического отклика, программируемости и защиты.

На рисунке 1 показаны две схемы, которые обычно используются с резистивной коммутацией.Эти две конфигурации отличаются своей способностью выбирать желаемую комбинацию резисторов в зависимости от способности рассеивать мощность.

Рисунок 1a, двоичное переключение, обеспечивает наиболее точный выбор сопротивления для каждого количества компонентов. Резистор R2 имеет в два раза большее сопротивление, чем резистор R1, R3 имеет двойное сопротивление, чем R2, и так далее. Эта схема часто используется в приложениях с низким энергопотреблением для получения цифро-аналогового преобразования, когда мощность не рассматривается. Мощность изменяется как квадрат приложенного напряжения, и как нагрузка, двоичная коммутация показывает плохие характеристики с точки зрения рассеивания мощности при более низких уровнях напряжения.Двоичное переключение — лучший выбор для приложений, когда приложенное напряжение фиксировано.

Рисунок 1b, оптимизированное переключение мощности, позволяет размещать резисторы последовательно или параллельно, обеспечивая лучшее рассеивание мощности в более широком диапазоне приложенного напряжения. Недостатком по сравнению с двоичной коммутацией является то, что оптимизированная коммутация мощности имеет меньший выбор доступных настроек резистора на количество компонентов. С помощью трех переключателей максимальная рассеиваемая мощность может быть достигнута при половинном и полном номинальном напряжении.Также возможны другие конфигурации резисторов путем модуляции включенного состояния резистора с помощью имеющихся переключателей.

В системах постоянного тока и при использовании подрядчиков для коммутационных устройств производительность обычно ограничивается номиналом постоянного тока подрядчика. По соображениям стоимости для переключения резисторных элементов обычно используются подрядчики переменного тока, но с этими устройствами переключение ограничивается низкими напряжениями, что позволяет свести к минимуму искрение. Это ограничение запрещает использование контакторной коммутации для приложений с динамической нагрузкой.Кроме того, контакторы постоянного тока, хотя и доступны, используются редко из-за ограничений по стоимости и размерам. Использование силовых полупроводников в качестве переключающих элементов устраняет ограничения, накладываемые контакторами переменного тока, но они редко используются в пользу технологий нагрузки MOSFET.

Большинство электронных нагрузок, использующих резистивные элементы, изготавливаются конечными пользователями, которым нужны мощные и недорогие решения для своих тестовых нужд, жертвуя динамической нагрузкой и возможностями программируемой защиты.

Рисунок 1.(слева) двоичное переключение и (справа) оптимизированное переключение мощности

Нагрузки на полевой МОП-транзистор

Металлооксидные полевые транзисторы

, полевые МОП-транзисторы, нагрузки могут использоваться как современные электронные нагрузки для устранения ограничений резисторных нагрузок.Как показано на Рисунке 2, в этих электронных нагрузках используются полупроводниковые устройства, работающие в линейной области, чтобы обеспечить полную мощность и полный контроль над всей номинальной мощностью продукта в ВА. МОП-транзисторы должны быть специально рассчитаны на работу в линейной области и иметь кривые безопасной работы, значительно ниже максимальной номинальной мощности при использовании в качестве электронного переключателя. [1-2] Схема для нагрузок МОП-транзисторов требует, чтобы каждая ступень управлялась в замкнутом контуре, чтобы линеаризовать ответ. Как показано на рисунке, каждое устройство производит ток нагрузки, определяемый величиной VC / Rn.Усилители с замкнутым контуром позволяют нескольким MOSFET равномерно распределять ток нагрузки. Кроме того, нагрузки MOSFET обладают быстрым динамическим откликом.

Рисунок 2. Нагрузка на полевой МОП-транзистор

Надежность нагрузок MOSFET зависит от допустимой мощности, рассеиваемой на устройство, распределения тока и конструкции охлаждения.Водяное охлаждение обычно используется для повышения эффективности охлаждения и обеспечения более высоких нагрузок.

Нагрузки на полевых МОП-транзисторах

имеют более высокую стоимость по сравнению с нагрузками с коммутируемыми резисторами.

Регенеративные нагрузки

В последнее десятилетие регенеративные нагрузки стали казаться жизнеспособным продуктом. Рекуперативная нагрузка, в упрощенном смысле, представляет собой источник питания переменного тока в постоянный с измененной схемой питания, позволяющей току течь в обратном направлении. Время отклика аналогично источникам питания постоянного тока, и требуется специальная схема для остановки работы в случае отключения напряжения сети по какой-либо причине.Рекуперативные нагрузки можно сравнить с солнечными инверторами по производительности за исключением диапазона работы постоянного тока. Как и в случае нагрузок с переключаемыми резисторами, для достижения максимальной мощности в широком диапазоне напряжений требуется специальная схема, рассчитанная на максимальное напряжение и максимальный ток; такие требования к производительности могут значительно увеличить стоимость по сравнению с обычным импульсным источником питания.

Основным преимуществом регенеративных нагрузок является возможность рекуперации энергии, используемой для тестирования. Некоторые регенеративные нагрузки предназначены для работы как в качестве источника, так и в качестве поглотителя.Эти продукты, регенеративные источники питания, должны иметь двойной набор электронных переключателей.

Использование рекуперативных нагрузок в приложениях с импульсным током не рекомендуется, потому что любой импульсный ток на входе должен протекать через устройство и появляться в электросети. Экономику рекуперативных нагрузок необходимо оценивать с точки зрения капитальных затрат на оборудование по сравнению с экономией энергии.

Активные резистивные нагрузки

Активные резистивные нагрузки

представляют собой смесь нагрузок с переключаемыми резисторами и нагрузок на полевых МОП-транзисторах.Преимущество резистивных нагрузок — это стоимость рассеиваемой мощности на ватт, а преимуществом нагрузок MOSFET является скорость работы и способность рассеивать мощность в широком диапазоне управления. На рисунке 3 показана основная концепция активной резистивной нагрузки [3]. Как показано на рисунке, важной частью конструкции является то, что резисторы размещаются последовательно с полевыми МОП-транзисторами. МОП-транзисторы — это преобразователи напряжения в ток, крутизны, устройства. Возмущения напряжения, возникающие в результате переключения резисторов, компенсируются обратными возмущениями напряжения на полевых МОП-транзисторах.Усилители, используемые для распределения тока между устройствами, не должны быстро реагировать на эти изменения напряжения из-за профиля устройств MOSFET, когда они работают в качестве устройства крутизны. Постоянное напряжение затвора в активной области устройства обеспечивает почти постоянный ток.

Диапазон максимальной мощности нагрузки, как и в резистивных нагрузках, зависит от количества резисторов, количества переключателей и приложенного напряжения. Чтобы найти компромисс между количеством рассеивающих элементов и диапазоном максимальной нагрузки, применяются обе конфигурации резисторов, показанные на рисунках 1a и 1b.Тщательная конструкция системы охлаждения может обеспечить максимальную выходную мощность при напряжении от половины до полного номинального. При достаточном количестве коммутационных состояний резистора рассеиваемая мощность может распределяться с соотношением мощности рассеиваемой мощности резистора и полевого МОП-транзистора от 80% до 20% соответственно.

Напряжение ниже половины номинального и, как описано ранее, максимальная рассеиваемая мощность изменяется пропорционально квадрату приложенного напряжения. Наличие последовательного подключения MOSFET позволяет получить более широкий профиль для приложений с более низким напряжением.Это требует, чтобы элементы резистора были закорочены. Если максимальная мощность ограничена 20% от общей мощности с использованием секции нагрузки MOSFET, эта часть нагрузки может обеспечить профиль максимальной мощности 20%. Хотя это не идеально, это эффективный компромисс с точки зрения рентабельности.

Рисунок 3.Электронная нагрузка с технологией активного сопротивления

При закороченном МОП-транзисторе нагрузки электронная нагрузка становится чисто резистивной, и нагрузка работает в режиме реостата. Хотя это можно рассматривать как пониженную нагрузку, есть много приложений, где желателен чисто резистивный профиль без управления с обратной связью.Динамически переключаемые состояния резистора исключают возможность срабатывания двух замкнутых контуров источника и нагрузки. Полоса пропускания для ступенчатого изменения сопротивления зависит от скорости переключения резистора. Активная резистивная нагрузка может обеспечивать 80% номинальной мощности нагрузки в диапазоне от половинного до полного номинального напряжения.

На рисунке 4 показаны профили нагрузки полевого МОП-транзистора, резистивного и активного резистивного режимов.

Устойчивость — ключевая характеристика активных резистивных нагрузок.Ограничение тока постоянно включено с последовательно подключенным резистором. Внезапное изменение тока вызовет насыщение полевых МОП-транзисторов, защищая устройства от выхода за пределы их безопасной рабочей зоны.

Балансировка мощности между резисторами и полевыми МОП-транзисторами представляет собой одну из ключевых проблем для эффективной работы нагрузки с активным сопротивлением. Полевые МОП-транзисторы должны иметь диапазон напряжения для компенсации напряжений, создаваемых переключающими резисторами. Напряжение и ток нагрузки должны постоянно контролироваться для обеспечения изменений состояния резистора наряду с аналоговым управлением полевыми МОП-транзисторами.Высокоскоростные процессоры цифровых сигналов (DSP) необходимы для выполнения таких вычислений, чтобы гарантировать правильную работу. Для реакции на скачкообразную нагрузку требуется компенсация с прямой связью, чтобы вызвать изменение сопротивления до изменения тока нагрузки с помощью полевых МОП-транзисторов. Если ступенчатые изменения сопротивления выполняются быстро и MOSFET-транзисторы реагируют вскоре после этого, ограничения безопасной рабочей области MOSFET-транзистора могут сохраняться для надежной работы.

Рисунок 4.Профили нагрузки активного сопротивления по току, напряжению (IV)

Заключение

В этой статье представлен обзор доступных в настоящее время электронных нагрузок, а именно: коммутируемое сопротивление, полевой МОП-транзистор, регенеративный и недавно представленный гибрид, активное сопротивление.Каждая топология нагрузки имеет свои преимущества и недостатки, начиная от стоимости, скорости работы и заканчивая нагрузкой в ​​зависимости от приложенного напряжения. Топология активного сопротивления сочетает в себе характеристики коммутируемого сопротивления и нагрузок MOSFET, а также работает независимо от других.

Список литературы

[1] Саттар и В. Цуканов, «МОП-транзисторы выдерживают нагрузку при работе в линейном режиме», Технология силовой электроники, 2007, стр. 34-39.

[2] Дж. Додж, «Как заставить работать линейный режим», Bodo’s Power Systems, декабрь 2007 г.

[3] I. Pitel, G. Pitel и A. Pitel, «Electronic Loads», патент США № 9 429 629.

.