Diyargroup.ru

Ремонт Строй
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое активная и реактивная мощность переменного электрического тока

Электроприборы, подключаемые к электросети работают в цепи переменного тока, поэтому мы будем рассматривать мощность именно в этих условиях. Однако, сначала, дадим общее определение понятию.

Мощность — физическая величина, отражающая скорость преобразования или передачи электрической энергии.

В более узком смысле, говорят, что электрическая мощность – это отношение работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени.

Если перефразировать данное определение менее научно, то получается, что мощность – это некое количество энергии, которое расходуется потребителем за определенный промежуток времени. Самый простой пример – это обычная лампа накаливания. Скорость, с которой лампочка превращает потребляемую электроэнергию в тепло и свет, и будет ее мощностью. Соответственно, чем выше изначально этот показатель у лампочки, тем больше она будет потреблять энергии, и тем больше отдаст света.

Поскольку в данном случае происходит не только процесс преобразования электроэнергии в некоторую другую (световую, тепловую и т.д.), но и процесс колебания электрического и магнитного поля, появляется сдвиг фазы между силой тока и напряжением, и это следует учитывать при дальнейших расчетах.

При расчете мощности в цепи переменного тока принято выделять активную, реактивную и полную составляющие.

Понятие активной мощности

Активная «полезная» мощность — это та часть мощности, которая характеризует непосредственно процесс преобразования электрической энергии в некую другую энергию. Обозначается латинской буквой P и измеряется в ваттах (Вт).

Рассчитывается по формуле: P = U⋅I⋅cosφ,

где U и I – среднеквадратичное значение напряжения и силы тока цепи соответственно, cos φ – косинус угла сдвига фазы между напряжением и током.

ВАЖНО! Описанная ранее формула подходит для расчета цепей с напряжением 220В, однако, мощные агрегаты обычно используют сеть с напряжением 380В. В таком случае выражение следует умножить на корень из трех или 1.73

Понятие реактивной мощности

Реактивная «вредная» мощность — это мощность, которая образуется в процессе работы электроприборов с индуктивной или емкостной нагрузкой, и отражает происходящие электромагнитные колебания. Проще говоря, это энергия, которая переходит от источника питания к потребителю, а потом возвращается обратно в сеть.

Использовать в дело данную составляющую естественно нельзя, мало того, она во многом вредит сети питания, потому обычно его пытаются компенсировать.

Обозначается эта величина латинской буквой Q.

ЗАПОМНИТЕ! Реактивная мощность измеряется не в привычных ваттах (Вт), а в вольт-амперах реактивных (Вар).

Рассчитывается по формуле:

где U и I – среднеквадратичное значение напряжения и силы тока цепи соответственно, sinφ – синус угла сдвига фазы между напряжением и током.

ВАЖНО! При расчете данная величина может быть как положительной, так и отрицательной – в зависимости от движения фазы.

Емкостные и индуктивные нагрузки

Главным отличием реактивной (емкостной и индуктивной) нагрузки – наличие, собственно, емкости и индуктивности, которые имеют свойство запасать энергию и позже отдавать ее в сеть.

Читайте так же:
Как еще по другому называются розетки переноски

Индуктивная нагрузка преобразует энергию электрического тока сначала в магнитное поле (в течение половины полупериода), а далее преобразует энергию магнитного поля в электрический ток и передает в сеть. Примером могут служить асинхронные двигатели, выпрямители, трансформаторы, электромагниты.

ВАЖНО! При работе индуктивной нагрузки кривая тока всегда отстает от кривой напряжения на половину полупериода.

Емкостная нагрузка преобразует энергию электрического тока в электрическое поле, а затем преобразует энергию полученного поля обратно в электрический ток. Оба процесса опять же протекают в течение половины полупериода каждый. Примерами являются конденсаторы, батареи, синхронные двигатели.

ВАЖНО! Во время работы емкостной нагрузки кривая тока опережает кривую напряжения на половину полупериода.

Коэффициент мощности cosφ

Коэффициент мощности cosφ (читается косинус фи)– это скалярная физическая величина, отражающая эффективность потребления электрической энергии. Проще говоря, коэффициент cosφ показывает наличие реактивной части и величину получаемой активной части относительно всей мощности.

Коэффициент cosφ находится через отношение активной электрической мощности к полной электрической мощности.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! При более точном расчете следует учитывать нелинейные искажения синусоиды, однако, в обычных расчетах ими пренебрегают.

Значение данного коэффициента может изменяться от 0 до 1 (если расчет ведется в процентах, то от 0% до 100%). Из расчетной формулы не сложно понять, что, чем больше его значение, тем больше активная составляющая, а значит лучше показатели прибора.

Понятие полной мощности. Треугольник мощностей

Полная мощность – это геометрически вычисляемая величина, равная корню из суммы квадратов активной и реактивной мощностей соответственно. Обозначается латинской буквой S.

Что такое активная и реактивная мощность переменного электрического тока?

Также рассчитать полную мощность можно путем перемножения напряжения и силы тока соответственно.

ВАЖНО! Полная мощность измеряется в вольт-амперах (ВА).

Треугольник мощностей – это удобное представление всех ранее описанных вычислений и соотношений между активной, реактивной и полной мощностей.

Катеты отражают реактивную и активную составляющие, гипотенуза – полную мощность. Согласно законам геометрии, косинус угла φ равен отношению активной и полной составляющих, то есть он является коэффициентом мощности.

Векторная математика

При анализе цепей синусоидальный сигнал можно представить комплексным числом (называемым вектором), модуль которого пропорционален величине сигнала, а угол равен его фазе относительно некоторой ссылки. В линейных схемах коэффициент мощности равен косинусу фи. В электротехнике это угол между фазами напряжения и тока. Эти векторы и соответствующие им активные и реактивные составляющие мощности могут быть представлены в виде прямоугольного треугольника. Конечно, напряжение – это электрическое поле, а ток – поток электронов, поэтому так называемый угол между их векторами является не более чем математической величиной. Условились считать, что индуктивная нагрузка создает положительную реактивную мощность Q (измеряемую в вольт-амперах-реактивных, ВАр). Это связано с так называемым «запаздывающим» коэффициентом, поскольку ток отстает от напряжения. Аналогично емкостная нагрузка создает отрицательную Q и «опережающий» λ.

основы электротехники

Физика процесса

Когда мы имеем дело с цепями постоянного тока, то говорить о реактивной мощности не приходится. В таких цепях значения мгновенной и полной мощности совпадают. Исключением являются моменты включения и отключения ёмкостных и индуктивных нагрузок.

Читайте так же:
Как правильно разместить розетку для телевизора

Похожая ситуация происходит при наличии чисто активных сопротивлений в синусоидальных цепях. Однако если в такую электрическую цепь включены устройства с индуктивными или ёмкостными сопротивлениями, происходит сдвиг фаз по току и напряжению (см. рис.1).

При этом на индуктивностях наблюдается отставание тока по фазе, а на ёмкостных элементах фаза тока сдвигается так, что ток опережает напряжение. В связи с нарушением гармоники тока, полная мощность разлагается на две составляющие. Ёмкостные и индуктивные составляющие называют реактивными, бесполезными. Вторая составляющая состоит из активных мощностей.

Сдвиг фаз индуктивной нагрузкой

Рис. 1. Сдвиг фаз индуктивной нагрузкой

Угол сдвига фаз используется при вычислениях значений активных и реактивных ёмкостных либо индуктивных мощностей. Если угол φ = 0, что имеет место при резистивных нагрузках, то реактивная составляющая отсутствует.

Важно запомнить:

  • резистор потребляет исключительно активную мощность, которая выделяется в виде тепла и света;
  • катушки индуктивности провоцируют образование реактивной составляющей и возвращают её в виде магнитных полей;
  • Ёмкостные элементы (конденсаторы) являются причиной появления реактивных сопротивлений.

Математические расчёты [ править | править код ]

Коэффициент мощности необходимо учитывать при проектировании электросетей. Низкий коэффициент мощности ведёт к увеличению доли потерь электроэнергии в электрической сети в общих потерях. Если его снижение вызвано нелинейным, и особенно импульсным характером нагрузки, это дополнительно приводит к искажениям формы напряжения в сети. Чтобы увеличить коэффициент мощности, используют компенсирующие устройства. Неверно рассчитанный коэффициент мощности может привести к избыточному потреблению электроэнергии и снижению КПД электрооборудования, питающегося от данной сети.

  1. χ = P S >>
  2. P = U × I × cos ⁡ φ
  3. Q = U × I × sin ⁡ φ
  4. S = ∑ k = 1 ∞ ( U ) × I = P 2 + Q 2 + T 2 ^displaystyle (U)times I=+Q^<2>+T^<2>>>>

Инструкция по выполнению расчета нагрузок в Excel

Если вам больше нравится смотреть и слушать, чем читать, то на нашем канале в YouTube мы разместили подробную видеоинструкцию о том, как пользоваться нашим сервисом. Обязательно посмотрите ее.

Общие положения

Лист состоит из 5 разделов: Общие данные, Ввод, Источник, Перекос фаз и Расчет нагрузок.

Внимание! Не добавляйте никаких строк внутри первых четырех разделов. Это нарушит работу программы.

Можно копировать листы внутри файла Excel, чтобы держать все расчеты нагрузок для одного проекта, внутри одного файла.

В качестве разделителя разрядов используйте запятую.

Все введенные данные (описания, наименования, комментарии и т.д.) будут отформатированы автоматически. Не отвлекайтесь на мелочи, а занимайтесь творчеством! Рутиной займемся мы.

Если в требовании к заполнению ячейки написано, например, максимум 4 цифры, то вводить нужно именно цифры. Если указано, что вводить нужно символы, то вводить можно любые символы. Помните, что пробелы и знаки препинания тоже являются символами, поэтому учитывайте их при подсчете. Если вы не будете соблюдать эти правила, то вы будете получать сообщения об ошибке при верификации XML файла.

Если вы случайно испортили файл, то не расстраивайтесь, а скачайте новый в разделе Файлы.

Раздел «Общие данные»

Раздел содержит данные, в основном содержащиеся в угловом штампе.

Совет! Если в вашем проекте несколько щитов, и вы собираетесь использовать наш штамп, то сначала заполните этот раздел. Затем можно скопировать листы и делать расчет нагрузок для каждого щита, чтобы не заполнять повторно «Общие данные»

Рис.1 Схема размещения данных в штампе.

Схема размещения данных в угловом штампе однолинейной схемы электрощита

  • Шифр проекта. Максимальная длина — 30 символов.
  • Название проекта. Максимальная длина — 180 символов.
  • Раздел. Максимальная длина — 118 символов.
  • Название щита. Максимальная длина — 30 символов. Отображается как в штампе, так и правом верхнем углу чертежа.
  • Стадия. Максимальная длина — 2 символа.
  • Номер листа. Максимальная длина — 4 цифры. Проставляйте только номер листа согласно вашему проекту. Если для отображения щита понадобится более одного листа, то вся дальнейшая нумерация (например 2.1, 2.2 и т.д.) будет произведена автоматически.
  • Разработал, Контроль, Утвердил. Фамилии разработчиков проекта. Максимальная длина — 12 символов.
  • Дата. Вводится в формате мм.гг.
    Совет! Чтобы Excel автоматически не преобразовывал дату в вид «01.янв», ставьте перед датой «обратный апостроф». Он находится на клавише с буквой «Ё», в английской раскладке. Если вы не смогли одолеть Excel, то можете исправить это недоразумение непосредственно в сгенерированном XML файле.
  • Кабель для групп. Максимальная длина — 10 символов. Писать нужно только марку кабеля. Например NYM или ВВг. Обязательно заполняйте это поле! Данные именно из этой ячейки используются при отображении кабеля для групповых сетей. Например NYM 3×2.5!

Раздел «Ввод»

Программа чертит 6 типов схем. На вводе в щит могут находиться:

  1. Рубильник
  2. Автомат
  3. Рубильник + автомат
  4. Рубильник + электросчетчик
  5. Автомат + электросчетчик
  6. Рубильник + автомат+ электросчетчик

Выбор нужной схемы задается с помощью элемента «Наличие», который имеет два возможных значения «ДА» и «НЕТ». Просто выберите значение «ДА», для тех элементов, которые должны находиться в вашем чертеже. Можно попытаться указать схему, не входящую в число вышеперечисленных, но тогда вы получите сообщение об ошибке при генерации чертежа.

  • Марка. Здесь пишется серия автомата, рубильника или счетчика. Для автомата серия подставляется автоматически из ячейки N23. Для рубильника максимум 11 символов, для счетчика 25.
  • Номинал. Здесь пишется: для рубильника номинал — макимум 4 цифры. Для автомата значение подставляется автоматически из ячейки M23. Для счетчика максимум 20 символов. Например, 380/220 5/50A.
  • Комментарий. Здесь можно оставить какой либо комментарий для элемента на чертеже. Например, для счетчика «запрограммировать в однотарифный режим«. Максимальная длина комментария для счетчика 90 символов, для автомата и рубильника по 60 символов.

Раздел «Источник»

В этом разделе описывается подключение к источнику, например к ГРЩ. Раздел содержит следующие элементы:

  • Наименование. Маркировка секции в ГРЩ, к которой подключается щит. Максимум 15 символов
  • Номинал автомата. Номинал автомата в ГРЩ, куда подключается щит. Максимум 4 цифры
  • Марка Марка кабеля, которым подключается щит к ГРЩ. Максимум 20 символов
  • Кол-во жил. Количество жил в кабеле, которым подключается щит к ГРЩ. Максимум 2 цифры
  • Сечение. Сечение кабеля, которым подключается щит к ГРЩ. Максимум 4 символа
  • Длина м. Длина кабеля, которым подключается щит к ГРЩ. Максимум 4 цифры

Раздел «Перекос фаз»

В данном разделе показано распределение тока по фазам и перекос тока по фазам в процентном отношении. Раздел добавлен исключительно для наглядности. В генерации чертежа участия не принимает.

Раздел «Расчет нагрузок»

В данном разделе осуществляется расчет нагрузок на электрощит. Заполнять нужно только ячейки, которые не закрашены серым цветом. Все остальные данные будут получены автоматически на основе вычислений.

Ограничения на ввод данных:

  • Наименование группы — Максимум 60 символов. Форматирование строки на чертеже будет сделано автоматически.
  • Установленная мощность — Максимум четыре цифры до запятой, после запятой две обязательные цифры
  • Коэффициент спроса, косинус &#966 — единица или ноль до запятой, после запятой две обязательные цифры
  • Установленная мощность, номинал автомата, номинал УЗО, ток утечки УЗО, длина падения кабеля — максимум четыре цифры
  • Модель автомата, модель УЗО — максимум 10 символов
  • Сечение кабеля — от 1 до 4 цифр до запятой, после запятой одна обязательная цифра

Самая первая строка с данными — «Итого на щит». Здесь нужно заполнить только коэффициент спроса на щит, фазу, к которой подключен щит, номинал и модель автомата на вводе щита. Если номинал автомата меньше расчетного тока, то ячейка будет закрашена красным цветом.

Далее идут данные для каждой группы. Чтобы добавить группу, просто скопируйте строку и вставьте ее в нужное место листа. Чтобы удалить группу просто вырежьте всю строку.

Внимание! Подсчет итоговых данных осуществляется от самой первой (верхней) группы к низу листа. Поэтому не вставляйте никаких ненужных данных ниже вашей последней (нижней) строки, во избежание получения неверных результатов.

Описание элементов для каждой группы:

  • Номер группы — номер группы в вашем щите. Обязательно заполняйте это поле, так как данные заносятся в файл XML только если эта ячейка не пуста. При записи файла, как только программа обнаружит пустую ячейку, запись файла XML прекратится. Сами цифры в ячейке значения не имеют. Нумерация на чертеже осуществляется по порядку расположения группы в файле Excel.
    Обновление для версии 2. Во второй версии файла Excel в номер группы в щите передаются данные из столбца «Номер группы» в файле Excel. То есть вы можете обозначать группы как вам удобно. Ограничение — максимум 8 символов.
  • Руст — установленная мощность щита.
  • Коэффициент спроса — для групп всегда равен 1,00.
  • Косинус &#966 — собственно косинус &#966.
  • Тип потребителя — одно из трех значений:
    • Р — розетка
    • Л — лампа
    • К — вывод кабеля
    • АВТ — автоматический выключатель
    • ДИФ — дифференциальный автомат
    • УЗО — автоматический выключатель + УЗО

    Для создания в щите резервной группы просто оставьте пустой ячейку Pуст. в этом случае на чертеже будут отображаться только фаза, номинал, модель и тип автомата.

    Пример заполнения вы можете посмотреть в нашем рабочем файле Excel, который вы можете скачать в разделе файлы.

    Как посчитать потребление электроэнергии, зная мощность

    Какие бы цели не преследовал расчет потребления электроэнергии, осуществляется он по номинальной мощности энергопремников. Иными словами, на первом этапе расчета вам необходимо собрать данные о технических характеристиках всех устройств, которыми вы пользуетесь – от лампочки на потолке до стиральной машины.

    Важно. Информация о потребляемой мощности электроприбора обычно имеется на его шильдике (это такая металлическая пластинка или наклейка на его задней стенке либо на дне), а также в технической документации к данному энергопринимающему устройству. В случае отсутствия доступа к необходимой информации вы можете найти ее в сети Интернет, введя в строку поисковика наименование электроприбора.

    Кроме того, вы можете воспользоваться таблицей мощности электроприборов, которая будет приведена ниже. Данные в указанной таблице являются усредненными для всех приборов того или иного назначения. Ваша электротехника может иметь и отличную от табличных данных мощность.

    Номинальная мощность, Вт

    Энергопри-нимающие бытовые устройства

    Номинальная мощность, Вт

    Теплый пол (на 1 кв. м)

    Освещение (на 1 кв. м)

    Итак, для того, чтобы определить потребление электрической энергии бытовыми электроприборами, необходимо знать потребляемую каждым из них мощность, а также продолжительность работы каждого из них. В таком случае формула расчета потребления электроэнергии по мощности одним энергопринимающим устройством будет выглядеть следующим образом:

    где P – номинальная мощность данного устройства, кВт; T–время его работы, ч.

    Подключенные бытовые приборы

    Подключенные одновременно бытовые приборы

    Если же вы хотите рассчитать электропотребление на участке электрической сети, к которому подключен ряд приборов, либо все электропотребление в доме или квартире, вам следует просуммировать электропотребление все устройств, включенных в данную цепь. То есть формула расчета в данном случае примет следующий вид:

    Как перевести кВА в кВт

    Производители электрооборудования зачастую указывают мощность приборов в кВт с поправочным коэффициентом. Например, мощность электродрели указывается 3 кВт, а коэффициент мощности 0,8. Чтобы узнать полную мощность электрической дрели в кВА, необходимо воспользоваться следующей формулой: S = 3:0.8 cos = 3.75 кВА.

    Ну а для того, чтобы перевести кВА в кВт, потребуется, наоборот, полную мощность умножить на коэффициент мощности: S = 3.75х0.8 cos = 3 кВт.

    Что такое кВА и почему мощность трансформаторов не указывается в кВт

    Надеюсь теперь все понятно, почему мощность трансформаторов и некоторых электроприборов указывается не в кВт (активная мощность), а в кВА — полная мощность. Просто производитель не может заранее знать всей нагрузки, а только рассчитать активную.

    голоса
    Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector