В чем измеряется полная мощность цепи: Полная, активная и реактивная мощность (PQS)

Содержание

Активная, реактивная и полная мощность

Мгновенная
мощность p, потребляемая на данном
участке цепи, определяется как произведение
мгновенных значений тока i и напряжения
u:

.
(11)

Из
соотношения (11) видно, что мгновенная
мощность p, в зависимости от значения
синусов, может быть как положительной,
так и отрицательной.

Физический
смысл положительного значения мгновенной
мощности в том, что это мощность,
поступающая в цепь от источника
(генератора). Под отрицательной мощностью
понимают мощность, отдаваемую в цепь и
генератору в процессе разрядки
конденсатора, а также обусловленную
током самоиндукции.

Практический
интерес представляет не мгновенная
мощность, а так называемая активная
мощность, которая определяется как
среднее значение мгновенной мощности,
потребляемой на данном участке цепи за
достаточно большой промежуток времени.
Поскольку мгновенная мощность изменяется
периодически, то усреднение достаточно
провести за один период T = 2/:

(12)

После
преобразования произведения синусов
и выполнения интегрирования выражения
(12) получим выражение для активной
мощности:

.
(13)

Для
контроля за параметрами электрической
цепи используются измерительные приборы,
амперметры и вольтметры. Механическое
перемещение стрелок, «световых
зайчиков» и других элементов,
позволяющих регистрировать показание
прибора, обусловлено работой тока в
течение определенного промежутка
времени на участке цепи, где включен
прибор. Поэтому измерительные приборы
не могут показать мгновенные значения
силы тока и напряжения, в том числе и
амплитудные их значения.

Показания
амперметров и вольтметров в цепи
переменного тока соответствуют, так
называемым, действующим (эффективным)
значениям силы тока I и напряжения U.

Действующим
значением силы переменного тока
называется сила такого постоянного
тока, при протекании которого в том же
сопротивлении R за одинаковое время,
равное целому числу периодов T, выделяется
такая же энергия, как и при протекании
переменного тока. Из этого определения
следует, что

.
(14)

Если
сила тока изменяется по гармоническому
закону (1), то после подстановки этого
выражения в соотношение (14) и интегрирования
следует, что

.
(15)

Аналогично
определяется и действующее значение
переменного напряжения

(16)

Поскольку
действующие значения отличаются от
амплитудных только постоянным
коэффициентом, то для них, на основании,
рассмотренной на рисунке 3 векторной
диаграммы, можно построить треугольник
напряжений (рисунок 5).

роме
того, использование действующих значений
позволяет несколько упростить
математические соотношения. Так выражение
(13) с учетом соотношений (15) и (16) можно
записать в виде

(17)

Из
соотношений (13) и (17) следует, что активная
мощность P зависит не только от амплитудных
или действующих значений силы тока и
напряжения, но и от сдвига фаз 
между током и напряжением. Максимальное
значение мощности, потребляемое данной
цепью P_max
= IU, характеризует мощность, поступающую
в цепь от источника (генератора),
называется полной мощностью, обозначается
S, и достигается при 
= 0, т.е. в случае, когда, согласно соотношению
(10), реактивное сопротивление цепи равно
нулю.

Следовательно,
величина

(18)

показывает,
какую часть активная мощность в цепи
составляет от полной мощности. Величина
cos
называется коэффициентом мощности.

Рассмотрим
физические процессы, определяющие то,
что, в общем случае, коэффициент мощности
всегда меньше единицы, т.е. активная
мощность всегда меньше полной мощности,
поступающей в цепь.

Энергия,
поступающая в цепь от источника,
расходуется на выделение тепла и энергию
магнитного и электрического полей,
которые возникают в катушке индуктивности
и конденсаторе. Следовательно, полная
мощность, поступающая в цепь от источника,
может быть представлена следующим
образом:

(19)

где
P_R
— тепловая мощность, выделяющаяся в
резисторе, P_C
— скорость изменения энергии электрического
поля в конденсаторе, P_L—
скорость изменения магнитного поля в
катушке индуктивности. Последние две
величины можно также рассматривать,
как мощности, потребляемые емкостной
и индуктивной нагрузками.

Получим
в явном виде зависимость введенных
мощностей от времени:

,
(20)

(21)

.
(22)

оотношение
(20) для мощности, выделяющейся на активном
сопротивлении, показывает, что эта
величина изменяется во времени с
циклической частотой в два раза большей,
чем ток и напряжение. График зависимости
этой величины от времени представлен
на рисунке 6 и показывает, что мощность,
потребляемая активной нагрузкой, всегда
положительная величина.

Среднее
значение этой мощности за период, с
учетом связи между напряжениями на
рисунке 4 и формул (15) и (16):

Следовательно,
по физическому смыслу, введенная ранее,
активная мощность P представляет собой
энергию, которая в виде тепла выделяется
в единицу времени на сопротивлении R ,
т.е. уходит из цепи (поэтому это
сопротивление и называется активным).
Активная мощность измеряется в ваттах
(Вт).

Мощность,
потребляемая емкостной и индуктивной
нагрузкой, также изменяется в зависимости
от времени с циклической частотой в два
раза большей, чем ток и напряжение. Но,
в отличие от активной мощности, эти
величины могут иметь положительные и
отрицательные значения, что наглядно
представляют графики на рисунке 6.

Рассчитаем
средние значения этих мощностей за
период:

Физический
смысл равенства нулю среднего значения
мощности, потребляемой емкостной
нагрузкой за период в том, что, сколько
энергии забирается конденсатором из
цепи в те доли периода, когда конденсатор
заряжается, столько же энергии отдается
в цепь при его разрядке.

Аналогичные
процессы происходят на участке цепи с
соленоидом. Следовательно, в емкостной
и индуктивной нагрузках, энергия не
уходит из цепи. Дважды за период изменения
тока энергия в этих нагрузках забирается
и дважды за период отдается обратно в
цепь и генератору. Поэтому емкостная и
индуктивная нагрузки называются
реактивными, и соответственно общее
емкостное и индуктивное сопротивление
называется реактивным.

Общая
мощность, потребляемая реактивной
нагрузкой

Рассчитаем
энергию, потребляемую за четверть
периода в емкостной и реактивной
нагрузках:

(23)

Для
характеристики меры обменной энергии
между реактивной нагрузкой и цепью с
генератором вводят понятие реактивной
мощности

(24)

В
качестве единицы измерения реактивной
мощности используется вольт-ампер
реактивный (ВАр).

Соотношение
между полной, активной и реактивной
мощностями можно также получить из так
называемого «треугольника мощностей».
Треугольник мощностей, представленный
на рисунке 7, получается из треугольника
напряжений при умножении всех сторон
последнего (рисунок 4) на величину, равную
действующему значению силы тока в цепи.

Из
треугольника мощностей следует, что

(25)

а
практике конструкция, габариты и,
следовательно, стоимость различных
приборов и устройств определяются не
активной или реактивной мощностями,
которые зависят от режима работы цепи,
а полной мощностью, т.е. действующими
значениями тока и напряжения, на которые
рассчитано устройство.

Поэтому
на корпусах реальных устройств указывается
значение полной мощности. Чтобы отличить
при расчетах полную мощность от активной
и реактивной мощностей, за единицу
измерения полной мощности принят
Вольт-Ампер (ВА). Распределение полной
мощности в цепи, как следует из выше
изложенного, зависит от вида нагрузки.
Как уже обсуждалось, долю, которую
составляет активная мощность от полной
мощности, поступающей в сеть, определяет
коэффициент мощности, значение которого
можно также выразить из треугольника
напряжений на рисунке 4:

Если
в участке цепи имеются только емкостное
и индуктивное сопротивления (L

1/(C)

0, R

0), то сдвиг фаз 
= 
2.
Тогда cos
= 0 и, несмотря на наличие напряжения и
тока в цепи (U

0, I

0), активная мощность P
= 0. Поэтому, как обсуждалось выше,
сопротивление X_L-X_C=
L

1/(C)
называется неактивным, или реактивным.

Если
нагрузка «чисто
индуктивная» (R

0, 1/(C)

0, L

0, tg
= + ,

= + /2),
то напряжение опережает ток на /2
или по времени на 1/4 периода T.
В этом случае коэффициент мощности
также равен нулю cos=0.
Но проволочные обмотки реальных
индуктивных катушек, если они не находятся
в сверхпроводящем состоянии, всегда
обладают определенным активным
сопротивлением R
и поэтому сдвиг фаз 
в них меньше, чем /2.

Для
«чисто
емкостной нагрузки» (R

0, L

0, 1/(C)

0, tg
= — ,

= — /2)
напряжение отстает от тока на /2
и коэффициент мощности также равен
нулю.

Если
индуктивное
и емкостное сопротивления участка цепи
одинаковы (L
= 1/(C))
или рассматриваемый участок цепи
содержит только активное сопротивление
(L

0, 1/(C)

0, R

0, tg
= 0, 
= 0), то напряжение и ток совпадают по
фазе, а коэффициент мощности равен
cos=1.

Следовательно,
коэффициент мощности определяет долю
потребляемой мощности в данной цепи.

Остальная
часть полной мощности, в виде мощности
тока самоиндукции, генерируемого в цепи
потребителя, и мощности тока разряда
конденсатора, возвращается обратно в
цепь и к генератору. Эта мощность
теряется, идя на нагревание проводов в
линии передач.

23 факта, которые вы должны знать

Треугольник власти | Треугольник силы тока напряжения

Треугольник мощности — это просто прямоугольный треугольник, сторона которого представляет активную мощность, реактивную мощность и полную мощность. Базовая составляющая символизирует активную мощность, перпендикулярная составляющая обозначает реактивную мощность, а гипотенуза символизирует полную мощность.

Что такое треугольник власти?

Определите треугольник власти | Определение треугольника мощности
Треугольник мощности — это графическое представление реальной или активной мощности, реактивной мощности и полной мощности в прямоугольном треугольнике.

Уравнение степенного треугольника | Треугольник мощности PQS

Расчет формулы треугольника мощности | Уравнение треугольника мощности
В силовой треугольник, активная мощность P, реактивная мощность Q и полная мощность S образуют прямоугольный треугольник. Следовательно,

гипотенуза² = база² + перпендикулярный²

S² = P² + Q²

Здесь полная мощность (S) измеряется в вольт-амперах (ВА).

Активная мощность (P) измеряется в ваттах (Вт).

Реактивная мощность (Q) измеряется в вольт-амперных реактивных (VAR).

Треугольник мощности — это графическое представление реальной или активной мощности, реактивной мощности и полной мощности в прямоугольном треугольнике.

Активная или истинная мощность относится ко всей мощности, рассеиваемой в электрической цепи. Он измеряется в ваттах (Вт) или киловаттах (кВт) и обозначается буквой P и средним значением активной мощности P..

Реактивная мощность или мнимая мощность — это мощность, которая не выполняет никакой реальной работы и вызывает нулевое рассеивание мощности. T также известен как безваттная мощность. Это мощность, получаемая от реактивных элементов, таких как индуктивная нагрузка и емкостная нагрузка. Реактивная мощность рассчитывается в киловольтах реактивной мощности (KVAR) и обозначается Q.

Полная мощность в цепи, как поглощенная, так и рассеиваемая, называется полной мощностью. Полная мощность вычисляется путем умножения среднеквадратичного значения напряжения на среднеквадратичное значение тока без какой-либо величины фазового угла.

Закон Ома всегда работает с цепями постоянного тока, но в случае переменного тока он работает только тогда, когда цепь является чисто резистивной, то есть в цепи нет индуктивной или емкостной нагрузки. Но большинство цепей переменного тока состоят из последовательной или параллельной комбинации RLC. Из-за этого напряжение и ток не совпадают по фазе, и вводится сложная величина.

Мощность трехфазной системы равна = √3 x коэффициент мощности x напряжение x ток.

Треугольник мощности для последовательной цепи RLC | Цепи силового треугольника
Давайте рассмотрим схему RLC, включенную последовательно, как указано выше.

Где резистор с сопротивлением R.

индуктор с индуктивностью L.

конденсатор емкостью С.

Источник переменного напряжения V_msin⍵t применяется.

V — действующее значение приложенного напряжения, а I — действующее значение полного тока в цепи. В катушка индуктивности и конденсатор производят X_L и Х_C противостояния соответственно в цепи. Теперь может быть три случая:

Случай 1: X_L > X_C

Случай 2: X_L <X_C

Треугольник мощности получается из векторной диаграммы, если мы умножим каждый из векторов напряжения на I, мы получим три компонента мощности.

Из векторного треугольника мы можем быстро получить треугольник мощности путем умножения напряжений с I. Реальная мощность умножается на V_R, что равно I²R. Реактивная мощность умножается на (В_C — V_L), что равно I²(X_C — ИКС_L). Полная мощность V = I²Z рассчитывается на основе активной мощности и реактивной мощности для обоих случаев. Здесь мы принимаем во внимание другую величину, комплексную мощность. Комплексная мощность — это сумма активной мощности и реактивной мощности, представленных в комплексной форме, то есть с величиной «j».

Следовательно, комплексная мощность

S = P — jQ, когда X_L <X_C

S = P + jQ, когда X_L > X_C

report this ad

Теперь, для случая 1, индуктивное сопротивление меньше, чем емкостное сопротивление. Следовательно, реактивная мощность отрицательна, и угол ϕ также отрицателен. Для случая 2 индуктивный значение реактивного сопротивления больше, чем значение емкостного сопротивления, реактивная мощность равна +ve, угол ϕ также равен +ve.

Треугольник активной реактивной полной мощности | Треугольник вольт ампер

Треугольник активной и реактивной мощности.

Треугольник истинной силы.
Активная или истинная мощность относится ко всей мощности, рассеиваемой в электрической цепи. Она измеряется в ваттах (Вт) или киловаттах (кВт) и обозначается буквой P, а среднее значение активной мощности P равно

П = ВИ = Я²R

Треугольник реактивной мощности
Реактивная мощность или мнимая мощность — это мощность, которая не выполняет никакой реальной работы и вызывает нулевое рассеивание мощности. Он также известен как безваттный мощность. Это мощность, получаемая от реактивных элементов, таких как индуктивная нагрузка и емкостная нагрузка. Реактивная мощность рассчитывается в киловольтах, реактивных (KVAR) и обозначается Q.

Реактивная мощность Q = VI_{реактивный} = Я²X.

Треугольник кажущейся мощности
Полная мощность в цепи, как поглощенная, так и рассеиваемая, называется полной мощностью. Полная мощность вычисляется путем умножения среднеквадратичного значения напряжения на среднеквадратичное значение тока без какой-либо величины фазового угла. {2} + (Реактивная\; мощность)2}[/Latex]

Для чисто резистивной схемы реактивной мощности нет. Итак, полная мощность равна активной или истинной мощности.

Силовой треугольник для цепи переменного тока | Треугольник электрической мощности
Цепи переменного тока могут иметь любую комбинацию R, L и C, и если мы хотим правильно рассчитать общую мощность, мы должны знать разницу фаз между I и V. Форма волны тока и напряжения синусоидальная. Поскольку мощность = напряжение x ток, максимальная мощность достигается, когда обе формы волны совпадают. В этой ситуации сигналы называются «синфазными» друг с другом.

В чисто резистивной схеме переменного тока I и V идеально согласованы друг с другом по фазе. Следовательно, просто умножая их, мы можем получить силу.

Если в цепи присутствует индуктивная или емкостная нагрузка, создается разность фаз. Даже если разность фаз незначительна, мощность переменного тока делится на две части — одну положительную и одну отрицательную. Отрицательная мощность не является математически отрицательной величиной; это просто означает, что питание подается в систему, но передачи энергии не происходит. Эта мощность называется реактивной мощностью. Положительная величина выполняет некоторую реальную работу, поэтому она классифицируется как реальная или активная мощность.

Другая часть питания поступает в схему от источника. Это известно как кажущаяся мощность. Полная мощность рассчитывается путем умножения среднеквадратичных значений тока и напряжения.

Треугольник силы закона Ома | Треугольник мощности Ома
Закон Ома всегда работает с цепями постоянного тока, но в случае переменного тока он работает только тогда, когда цепь является чисто резистивной, то есть в цепи нет индуктивной или емкостной нагрузки. Но большинство цепей переменного тока состоят из последовательной или параллельной комбинации RLC. Из-за этого напряжение и ток не совпадают по фазе, и вводится сложная величина. Нам нужно применить некоторые специальные формулы, чтобы рассчитать переменный ток и параметры треугольника мощности.

Треугольник мощности для емкостной нагрузки
Емкостная нагрузка означает, что коэффициент мощности опережает напряжение, поскольку ток опережает напряжение по фазовому углу.

Треугольник мощности для индуктивной нагрузки
Индуктивная нагрузка означает, что коэффициент мощности отстает, потому что I отстает от V на фазовый угол.

Сложный треугольник власти
Комплексная мощность — это не что иное, как представление власти с помощью комплексных чисел. Действительная часть представляет собой активную мощность. Мнимая часть представляет собой реактивную мощность.

Предположим, что ток и напряжение в емкостной цепи равны I и V соответственно. Мы знаем, что для емкостной нагрузки I опережает V по фазовому углу. Возьмем этот угол за ϕ.

Допустим, напряжение на нагрузке, V = ve^jƟ и ток I = iej^{(Ɵ + ϕ)}.

Мы знаем, мощность это напряжение умножается на текущее сопряжение.

Итак, комплексная мощность S = VI * = ve^jƟ х т.е.^{-j (Ɵ + ϕ)}= соперничать^-jϕ

S = vi (cosϕ — jsinϕ) = vicosϕ — jvisinϕ = P — jQ [мы знаем активную мощность P = vicosϕ и реактивную мощность Q = visinϕ]

Для емкостной нагрузки I отстает от V на фазовый угол. Итак, напряжение на нагрузке V = ve^jƟ и ток I = ie^{j (Ɵ-ϕ)}.

Такая сложная сила

S = VI * = ve^jƟ х т.е.-j^(Ɵ-ϕ)= соперничать^jϕ

S = vi (cosϕ + jsinϕ) = vicosϕ + jvisinϕ = P + jQ

Трехфазный треугольник питания
Переменный ток может быть однофазным или трехфазным. Изменение амплитуды тока приводит к генерации синусоидальных волн. Для однофазного питания есть только одна волна. Трехфазные системы разделяют ток на три части. Три компонента тока сдвинуты по фазе на треть цикла каждый. Каждый компонент тока равен по размеру, но противоположен по направлению двум другим конъюнктивам. {2}}[/латекс]

Коэффициент мощности [латекс]= \frac{R}{Z}[/латекс]

Коэффициент мощности треугольника мощности
Коэффициент мощности в треугольнике мощности называется отношением активной мощности к полной мощности, определяемой как косинус угла вектора.

Треугольник коррекции коэффициента мощности
Коррекция коэффициента мощности — это метод повышения эффективности электрической цепи за счет снижения реактивной мощности. Коррекция коэффициента мощности достигается за счет параллельно соединенных конденсаторов, которые противодействуют эффектам, вызванным индуктивными элементами, и уменьшают фазовый сдвиг.

Формула треугольника коэффициента мощности
Коэффициент мощности для емкостной или индуктивной нагрузки [Latex]= \frac{R}{Z}[/Latex]

Коэффициент мощности [латекс] = \frac{Real\; мощность {Очевидная \; сила}[/латекс]

Энергетический треугольник
Электрическая энергия определяется как мощность системы, умноженная на общее время использования мощности.

Энергия E = P x T

Как нарисовать треугольник власти?

Генератор треугольника мощности
Треугольник мощности построен на основе активной мощности в качестве основы, реактивной мощности в качестве перпендикуляра и полной мощности в качестве гипотенузы.

Металлические треугольники на линиях электропередач
Мы часто видим несколько треугольных петель, свисающих с линий электропередач. Они используются для обеспечения устойчивости строп при сильном ветре. Эти треугольные ребра предохраняют стропы от слишком близкого отскока друг к другу и гарантируют, что они не отсоединятся от изоляторов.

Расчет треугольников мощности | Калькулятор треугольника мощности

В. Катушка индуктивности 120 мГн и сопротивлением 70 Ом последовательно подключены к источнику питания 220 В, 50 Гц. Рассчитайте полную мощность.
Индуктивное сопротивление [Latex]X_{L} = 2\pi fL = 2 \times 3. {2}} = 13\:\Омега[/Латекс]

Коэффициент мощности цепи = R / Z = 12/13 = 0.92

Пример треугольника мощности
В. Нагрузка 20 кВт имеет отстающий коэффициент мощности 0.8. Найдите такой номинал конденсатора, чтобы коэффициент мощности увеличился до 0.95.

Здесь истинная мощность P = 20 кВт.

Коэффициент мощности cosϕ₁ = 0.8

Мы знаем, что реактивная мощность должна быть уменьшена, чтобы получить повышенный коэффициент мощности. Следовательно, фазовый угол также уменьшится. Предположим, что изначально фазовый угол был ϕ₁, а после снижения реактивной мощности фазовый угол ϕ₂. Итак, треугольник мощности выглядит так:

Из диаграммы видно, что реактивная мощность снизилась на АБ с переменного тока. Итак, нам нужно вычислить разницу между переменным током и AB, и эта величина является требуемым номиналом конденсатора.

Здесь OA = 20 кВт.

cosϕ₁ = 0.8

cosϕ₂ = 0.95

Мы знаем, cosϕ₁ = OA / OC

Итак, OC = 20 / 0. 8 = 25 кВА

AC = √ (OC² — О.А.²) = 15 кВАр

Cosϕ₂ = OA / OB

Итак, ОБ = 20 / 0.95 = 21 кВА

AB = √ (OB² — О.А.²) = 6.4 кВАр

Следовательно, BC = AC — AB = (15 — 6.4) = 8.6 KVAR

Часто задаваемые вопросы

Сколько типов сил есть в треугольнике власти?
Треугольник власти состоит из трех типов власти.

— Истинная или активная мощность.

— Реактивная сила.

— полная мощность.

Что is силовой треугольник? Объясните активный,реактивная и полная мощность с образцом.
Треугольник мощности — это треугольное представление отношения между истинной мощностью, реактивной мощностью и полной мощностью.

Например, в любом электрическом приборе общая генерируемая мощность складывается из активной и реактивной мощности.

Что такое силовой треугольник в цепи переменного тока?
Треугольник власти Цепь переменного тока может быть резистивной, емкостной или индуктивной, а треугольник состоит из трех видов мощности, а полная мощность вычисляется с помощью активной мощности и реактивной мощности.

Что такое силовой треугольник в цепи RL?
Цепь RL имеет силовой треугольник с активной мощностью = I²R, реактивная мощность = I²X_L, а полная мощность = I²Z, где X_L — индуктивное реактивное сопротивление, а Z — полное сопротивление цепи.

Какая связь между кВА, кВт и кВАр?
KVA — это единица измерения полной мощности, тогда как KW и KVAR — единицы истинной мощности и реактивной мощности, соответственно. Следовательно, исходя из концепции треугольника мощности, мы можем сделать вывод, что кВА² = КВт² + КВАР².

Какое значение имеет коэффициент мощности?
Для индуктивных и емкостных нагрузок коэффициент мощности играет жизненно важную роль в вычислении реактивной мощности. Реактивная мощность — это часть активной мощности, которая уменьшается, а коэффициент мощности — это соотношение истинной мощности и полной мощности. Единичный коэффициент мощности указывает на то, что схема является полностью резистивной по своей природе.

Сколько ватт в 6 кВА?
6 кВА = 6000 ВА

При единичном коэффициенте мощности 6 кВА = 1 x 6000 = 6000 Вт

Если коэффициент мощности другой, 6 кВА = 6 x (коэффициент мощности) ватт.

Как конвертировать KWH в KVAH?
KWH = KVAH X коэффициент мощности

Следовательно, KVAH = KWH / коэффициент мощности.

Сколько ватт соответствует 1 кВА?
Для чисто резистивной нагрузки реактивной мощности нет. Таким образом, коэффициент мощности равен 1. Здесь 1 кВА = 1 Вт.

Если нагрузка емкостная или индуктивная, резистивная мощность не равна 0, так как коэффициент мощности — это сопротивление / импеданс. Здесь 1 кВА = коэффициент мощности x 1 кВт.

Почему электрические башни имеют треугольную форму?
По следующим причинам электрические башни имеют треугольную форму.

‌Треугольники имеют большую площадь основания, что позволяет им быть очень жесткими. Такая жесткость помогает выдерживать боковые нагрузки.

‌Треугольники имеют меньшую площадь, чем любой четырехугольник. Если бы форма была четырехугольной, то стоимость была бы больше. Треугольная форма снижает стоимость за счет устранения одной лишней стороны.

Какой коэффициент мощности у трансформатора?
Коэффициент мощности трансформатор зависит от характеристик нагрузки.

‌Если нагрузка чисто резистивная, коэффициент мощности равен единице или 1.

‌Если нагрузка емкостная, т. Е. X_C > X_Lкоэффициент мощности называется опережающим.

‌Если нагрузка индуктивная, т. Е. X_L > X_Cкоэффициент мощности называется запаздывающим.

В чем разница между KVA KWH KVAH и KVAR? | Треугольник мощности KW KVA KVAR
KVA означает киловольт-ампер. Это единица измерения реальной или активной мощности. {2}}} [/Latex]

Какая единица измерения коэффициента мощности?
Коэффициент мощности — это отношение активной мощности (кВт) к полной мощности (кВА), поскольку числитель и знаменатель являются мощностью, коэффициент мощности — это величина на единицу меньше.

Как измерить электрическую мощность

Если продукт потребляет энергию, то измерения энергопотребления и качества электроэнергии должны быть частью дизайна и испытаний продукта. Эти измерения необходимы для оптимизации конструкции продукта, соответствия стандартам и предоставления клиентам информации с паспортной таблички. Но как измерить электричество?

В этой статье обсуждаются передовые методы измерения электрической мощности, начиная с основ измерения мощности и заканчивая типами приборов и связанных с ними компонентов, обычно используемых для проведения измерений. Статья завершится примерами из реальной жизни, в которых информация, представленная ранее в статье, применяется для решения практических задач измерения.

Хотя большинству из нас приходилось сталкиваться с основными уравнениями измерения мощности, полезно обобщить эту информацию и показать, как она применима к разработке и тестированию продукта.

Основы измерения мощности

Как измеряется электрический ток?

Измерение мощности постоянного тока относительно просто, так как формула просто ватты = вольты x амперы. Для измерения электрической мощности переменного тока коэффициент мощности (PF) представляет сложность, поскольку ватты = вольты x амперы x PF. Это измерение мощности переменного тока называется активной мощностью, истинной мощностью или реальной мощностью. В системах переменного тока умножение вольт на ампер = вольт-ампер, также называемое полной мощностью.

Потребляемая мощность измеряется путем ее расчета во времени с использованием как минимум одного полного цикла. Используя методы оцифровки, мгновенное напряжение умножается на мгновенный ток, затем накапливается и интегрируется в течение определенного периода времени, чтобы обеспечить измерение электрического тока. Этот метод обеспечивает истинное измерение мощности и истинное среднеквадратичное значение для любой формы волны, синусоидальной или искаженной, включая содержание гармоник вплоть до полосы пропускания прибора.

Однофазное и трехфазное измерение электрической мощности

Преобразование Блонделя утверждает, что общая мощность измеряется на один ваттметр меньше, чем количество проводов в системе. Следовательно, для однофазной двухпроводной системы потребуется один ваттметр, для однофазной трехпроводной системы — два ваттметра (рис. 1), для трехфазной трехпроводной системы — два ваттметра, а для трехпроводной — два ваттметра. для трехфазной четырехпроводной системы потребуется три ваттметра.

Какое устройство измеряет ток?

Рис. 1. Метод двух ваттметров позволяет измерять мощность посредством прямого подключения к системе 3P3W. Pt = P1 + P2

В этом контексте ваттметр — это устройство, используемое для измерения тока через один вход тока и один вход напряжения. Многие анализаторы мощности и DSO имеют несколько входных пар ток/напряжение, способных измерять мощность в ваттах, фактически действуя как несколько ваттметров в одном приборе. Таким образом, можно измерить трехфазную 4-проводную мощность с помощью одного правильно указанного анализатора мощности.

В однофазной двухпроводной системе (рис. 2) напряжение и ток, определяемые ваттметром, равны общей мощности, рассеиваемой нагрузкой. Напряжение измеряется между двумя проводами, а ток измеряется в проводе, питающем нагрузку, который часто называют горячим проводом. Напряжение обычно может быть измерено непосредственно анализатором мощности до 1000 В RMS. Более высокие напряжения потребуют использования VT (трансформатора напряжения) в системе переменного тока для понижения напряжения до уровня, который может быть измерен прибором. Токи обычно могут быть измерены непосредственно анализатором мощности до 50 А, в зависимости от прибора. Более высокие токи потребуют использования трансформатора тока (ТТ) в системе переменного тока. Существуют различные типы КТ. Некоторые из них размещены непосредственно в линии. Другие имеют окно, через которое проходит токоведущий кабель. Третий вид – накладной. Для постоянного тока обычно используется шунт. Шунт помещают в линию, и прибор измеряет милливольтовый сигнал низкого уровня.

Рис. 2. В однофазной двухпроводной системе используются трансформатор тока и трансформатор напряжения.

В однофазной трехпроводной системе (рис. 3) общая мощность представляет собой алгебраическую сумму двух показаний ваттметра. Каждый ваттметр подключается от одного из горячих проводов к нейтрали, и в каждом горячем проводе измеряется ток. Общая мощность рассчитывается как Pt = P1 + P2.

Рис. 3. Два ваттметра подключаются к однофазной трехпроводной системе (1P3W).

В трехфазной четырехпроводной системе (рис. 4) каждый из трех ваттметров измеряет напряжение от горячих проводов к нейтрали, и каждый ваттметр измеряет ток в одном из трех горячих проводов. Общая мощность для трех фаз представляет собой алгебраическую сумму трех измерений ваттметра, поскольку каждый счетчик, по сути, измеряет одну фазу трехфазной системы. Pt = P1 + P2 + P3

Рис. 4. В этой трехфазной четырехпроводной системе используются три ваттметра.

В трехфазной трехпроводной системе (рис. 5) два ваттметра измеряют фазный ток в любых двух из трех проводов. Каждый ваттметр измеряет междуфазное напряжение между двумя из трех линий электропитания. В этой конфигурации общая мощность в ваттах точно измеряется алгебраической суммой двух значений ваттметра. Пт = П1 + П2. Это верно, если система сбалансирована или несбалансирована.

Если нагрузка несбалансированная, т.е. фазные токи разные, общая мощность будет правильной, но общая мощность, ВА и коэффициент мощности, могут быть ошибочными. Однако анализаторы мощности могут иметь специальную схему подключения 3V3A для обеспечения точных измерений в трехфазных трехпроводных системах со сбалансированной или несимметричной нагрузкой. Этот метод использует три ваттметра для контроля всех трех фаз. Один ваттметр измеряет напряжение между фазами R и T, второй ваттметр измеряет напряжение между фазами S и T, а третий ваттметр измеряет напряжение между фазами R и S. Фазные токи измеряются каждым ваттметром. Метод двух ваттметров до сих пор используется для расчета полной мощности. Пт = П1 + П2. Однако общая VA рассчитывается как (√3/3)(VA1 + VA2 + VA3). Все три значения напряжения и тока используются для точного измерения и расчета несимметричной нагрузки.

Рис. 5. Трехфазная трехпроводная система использует метод трех ваттметров для достижения точных измерений на несбалансированной нагрузке.

Измерение коэффициента мощности

Необходимо часто измерять коэффициент мощности, и это значение должно быть как можно ближе к единице (1,0).

В системе электроснабжения нагрузка с низким коэффициентом мощности потребляет больше тока, чем нагрузка с высоким коэффициентом мощности при одинаковом количестве передаваемой полезной мощности. Более высокие токи увеличивают потери энергии в системе распределения и требуют более крупных проводов и другого оборудования. Из-за стоимости более крупного оборудования и потерь энергии электрические коммунальные предприятия обычно взимают более высокую плату с промышленных или коммерческих потребителей с низким коэффициентом мощности.

На рис. 6 показано отставание тока от напряжения на 44,77°, что дает коэффициент мощности 0,70995. Полная мощность S1 составляла 120,223 ВА. Однако истинная мощность, или реальная мощность, P1 составляла всего 85,352 Вт.

Если у энергопотребляющих устройств хорошие коэффициенты мощности, то и у всей энергосистемы будет хороший коэффициент мощности, и наоборот. Когда коэффициент мощности падает, часто приходится использовать устройства коррекции коэффициента мощности, что требует значительных затрат. Эти устройства, как правило, представляют собой конденсаторы, поскольку большая часть потребляемой мощности является индуктивной.

Ток отстает от напряжения в дросселе; это известно как отстающий коэффициент мощности. Ток опережает напряжение в конденсаторе; это известно как ведущий фактор мощности. Двигатель переменного тока является примером индуктивной нагрузки, а компактная люминесцентная лампа — примером емкостной нагрузки.

Для определения общего коэффициента мощности в трехфазной 4-проводной системе требуются три ваттметра. Каждый счетчик измеряет ватты, а также измеряются вольты и амперы. Затем рассчитывается коэффициент мощности путем деления общего количества ватт от каждого счетчика на общее количество вольт-ампер.

В трехфазной трехпроводной системе коэффициент мощности следует измерять с помощью метода трех ваттметров вместо метода двух ваттметров, если нагрузка несимметрична, то есть если фазные токи различаются. Поскольку метод двух ваттметров измеряет только два ампера, любые различия в показаниях ампер на третьей фазе вызовут неточности.

Измерение мощности бытовой техники

Типичным приложением для измерения мощности является питание в режиме ожидания для бытовой техники, основанной на стандартах Energy Star или IEC62301. Оба стандарта определяют требуемую точность измерения мощности, разрешение и другие параметры измерения мощности, такие как гармоники. В стандарте IEC62301 есть еще 25 стандартов, которые определяют конкретные параметры испытаний для различных устройств. Например, IEC60436 определяет методы измерения производительности электрических посудомоечных машин.

Режим ожидания определяется как режим с наименьшим энергопотреблением, который не может быть отключен пользователем и который может сохраняться в течение неопределенного времени, когда приложение подключено к основному источнику питания и используется в соответствии с инструкциями производителя. Мощность в режиме ожидания — это средняя мощность в режиме ожидания при измерении в соответствии со стандартом.

Существует три основных метода измерения энергопотребления в режиме ожидания или других подобных приложений. Если значение мощности стабильно, то можно использовать мгновенные показания прибора в любой момент времени. Если значение мощности нестабильно, возьмите либо среднее значение показаний прибора с течением времени, либо измерьте общее потребление энергии. Ватт-часы можно измерить за определенный период времени, а затем разделить на это время.

Измерение общего энергопотребления и деление на время дает наиболее точные значения как для постоянной, так и для флуктуирующей мощности. Этот метод обычно используется при использовании наших анализаторов мощности. Но для измерения общего энергопотребления требуется более сложный прибор, поскольку мощность необходимо постоянно измерять и суммировать.

Инструменты для измерения мощности

Мощность обычно измеряется с помощью цифрового анализатора мощности или цифрового запоминающего осциллографа с программным обеспечением для анализа мощности. Большинство современных анализаторов мощности полностью электронные и используют дигитайзеры для преобразования аналоговых сигналов в цифровые формы. Анализаторы более высокого класса используют методы цифровой обработки сигналов для выполнения вычислений, необходимых для определения значений.

DSO, занимающиеся анализом мощности, используют специальную прошивку для точного измерения мощности. Однако они несколько ограничены, поскольку основаны на выборочных данных из оцифрованных волновых форм. Благодаря пробникам тока и напряжения они хорошо подходят для работы на уровне плат и компонентов, где абсолютная точность не является обязательной, а частота сети относительно высока.

Анализаторы мощности обычно могут измерять до 50 А (среднеквадратичное значение) непосредственно при уровне напряжения до 1000 В (среднеквадратичное значение), поэтому большинство тестируемых продуктов можно подключать напрямую. С другой стороны, DSO потребует использования пробников напряжения и тока для измерения мощности.

ТТ рассчитаны на соотношение входного и выходного тока, например 20:5. Другими важными параметрами ТТ являются точность, фазовый сдвиг и диапазон частот для измерения мощности переменного тока. ТН используются для понижения фактического напряжения до уровня, который может быть воспринят прибором для измерения мощности. Например, если тестируемый продукт рассчитан на 480 В переменного тока, а прибор ограничен 120 В переменного тока, то требуется ТН 4:1.

DSO обычно не обеспечивает точности анализатора мощности и не может напрямую принимать входные сигналы высокого тока и напряжения, но он может измерять мощность на гораздо более высоких частотах до 500 МГц с помощью соответствующих пробников. Он также обеспечивает другие преимущества по сравнению с анализаторами мощности в определенных приложениях, включая специальные пробники для простоты подключения, компенсацию фазы пробника и до восьми многоканальных входов.

Типичным применением DSO может быть любой тип измерения на уровне платы, например, при разработке печатных плат для импульсного источника питания. Параметры, которые обычно измеряются и анализируются с помощью DSO или анализатора мощности, включают, помимо прочего, потери мощности при переключении, энергопотребление устройства, уровень шума при переключении, гармоники, выходную мощность и стабильность выходного сигнала.

При использовании DSO необходимое оборудование будет включать датчики дифференциального напряжения и датчики тока (рис. 7). Токоизмерительный датчик подключается к одному из главных токонесущих проводов, как показано на рисунке. Часто напряжения компонентов не привязаны к уровню земли. Поэтому для изоляции заземления DSO от заземления компонентов требуется дифференциальный пробник напряжения. В дополнение к анализатору мощности или DSO, а также ТТ и ТП, при необходимости, другими вспомогательными компонентами для измерения мощности являются пробники, клещи и провода. После того, как все необходимые инструменты и компоненты будут в наличии, следующим шагом будет определение того, какие именно инструменты необходимы и как эти инструменты должны быть подключены к нагрузке.

Рис. 7. Используйте пробники напряжения и пробники тока с осциллографом для измерения напряжения и тока.

Анализаторы мощности обычно выбирают для измерения мощности бытовых приборов и других измерений мощности с относительно высокими уровнями напряжения, низкими частотами и высокими требованиями к точности. Однако для измерений на уровне платы обычно используется DSO.

С помощью приведенной выше информации можно выбрать и подключить правильные приборы и инструменты для различных приложений измерения мощности. Информация, полученная от этих приборов, может затем использоваться для оптимизации конструкции, соответствия стандартам и предоставления информации с паспортных данных.

Цепи серии

– Основное электричество

Электрические цепи

Три закона для последовательных цепей

Существуют три основных соотношения, касающихся сопротивления, тока и напряжения для всех последовательных цепей. Важно, чтобы вы усвоили три основных закона для последовательных цепей.

Сопротивление

Всякий раз, когда отдельные сопротивления соединены последовательно, они имеют тот же эффект, что и одно большое комбинированное сопротивление. Поскольку в последовательной цепи есть только один путь для протекания тока, и поскольку каждый из резисторов находится на линии, чтобы действовать как противодействие этому протеканию тока, общее сопротивление представляет собой комбинированное сопротивление всех встроенных резисторов.

Общее сопротивление последовательной цепи равно сумме всех отдельных сопротивлений в цепи .

Rt = R1 + R2 + R3…

Используя эту формулу, вы находите, что общее сопротивление цепи составляет:

RT = 15 Ом + 5 Ом + 20 Ом = 40 Ом

Рис. 16. Последовательная схема

Текущий

Поскольку в последовательной цепи существует только один путь для потока электронов, ток в любой точке цепи имеет одинаковую величину.

Полный ток в последовательной цепи равен току через любое сопротивление цепи.

ИТ = И1 = И2 = И3…

Учитывая 120 В в качестве общего напряжения и определяя общее сопротивление цепи как 40 Ом, теперь вы можете применить закон Ома для определения полного тока в этой цепи:

IT = 120 В/ 40 Ом = 3 А

Этот общий ток цепи будет оставаться одинаковым для всех отдельных резисторов цепи.

Напряжение

Прежде чем какой-либо ток будет протекать через сопротивление, должна быть доступна разность потенциалов или напряжение. При последовательном соединении резисторов они должны «делить» общее напряжение источника.

Общее напряжение в последовательной цепи равно сумме всех отдельных падений напряжения в цепи.

Когда ток проходит через каждый резистор в последовательной цепи, он создает разность потенциалов на каждом отдельном сопротивлении. Это обычно называют падением напряжения, и его величина прямо пропорциональна значению сопротивления. Чем больше значение сопротивления, тем выше падение напряжения на этом резисторе.

ЭТ = Е1 + Е2 + Е3…

Используя закон Ома, вы можете определить напряжение на каждом резисторе.

3 А × 15 Ом = 45 В

3 А × 5 Ом = 15 В

3 А × 20 Ом = 60 В

Общее напряжение источника равно сумме отдельных падений напряжения:

45 В + 15 В + 60 В = 120 В

<noscript><img loading='lazy' src='/800/600/http/ledsshop.ru/wp-content/uploads/0/b/7/0b73fa04cc9c4dc50306c637188df9b1.jpeg' /></noscript> youtube.com/embed/mZiVmProd_U?feature=oembed&rel=0&rel=0″ frameborder=»0″ allowfullscreen=»allowfullscreen»>

Обрыв в последовательной цепи

Если вводится обрыв, ток в цепи прерывается. Если ток отсутствует, падение напряжения на каждом из резистивных элементов равно нулю. Однако разность потенциалов источника появляется поперек обрыва. Если вольтметр подключен через разомкнутую цепь, показания будут такими же, как если бы он был подключен непосредственно к клеммам источника питания.

Рис. 17. Разомкнутая цепь

Последствия падения и потери линии

Медь и алюминий используются в качестве проводников, потому что они мало противодействуют току. Хотя при простом анализе цепей сопротивлением часто пренебрегают, в практических приложениях может возникнуть необходимость учитывать сопротивление линий.

Отвод линии

Рисунок 18. Падение напряжения

Поскольку через каждую линию с сопротивлением 0,15 Ом протекает ток 10 А, на каждой линии возникает небольшое падение напряжения.