Активная мощность цепи: как найти, формула расчёта, в чем измеряется

Что такое активная, реактивная и полная мощность нагрузки стабилизатора?

В отличии от вычисления мощности при постоянном токе, формулы для вычисления мощности в цепях переменного тока достаточно сложны. В общем случае электрическая мощность в этом случае имеет интегральные зависимости.

Для определения полной мощности нагрузки необходимо вычислить активную и реактивную мощность. Полная мощность определяется как векторное сложение этих величин.

Активная мощность — это полезная часть мощности, та часть, которая определяет прямое преобразования электрической энергии в другие необходимые виды энергии. Для каждого электрического прибора вид преобразования энергии свой: в электрической лампочке электроэнергия преобразуется в свет и тепло, в утюге электроэнергия преобразуется в тепло, в электродвигателе электроэнергия преобразуется в механическую энергию. Фактически, активная мощность определяет скорость полезного потребления энергии.

Реактивная мощность — мощность определяемая электромагнитными полями, образующимися в процессе работы приборов. Реактивная мощность, как правило, является «вредной» или «паразитной». Реактивная мощность определяется характером нагрузки. Для такого прибора как лампочка она равна нулю, в процессе горения лампы электромагнитные поля практически не образуются. В процессе работы электродвигателя реактивная мощность может достигать больших значений. Понятие реактивной мощности тесно связано с понятием «пусковые токи».

При выборе стабилизатора напряжения необходимо определять полную мощность потребителей. Самый точный способ — найти значение полной мощности прибора в его паспорте. Если такой возможности нет, то для определения полной мощности приборов с большими «пусковыми токами» принято использовать повышающий коэффициент «4».

Следует также учитывать, что номинальная мощность стабилизатора напряжения может указываться разными производителями стабилизаторов и ИБП в различных диапазонах входных параметров тока. Китайские производители часто завышают реальную мощность устройства в два и более раз.

Особое внимание при выборе подходящего стабилизатора напряжения или источника бесперебойного питания следует обратить на возможность использования стабилизатора при реактивной нагрузке. Часто производители указывают, что номинальная мощность стабилизатора или ИБП указана без учета реактивной нагрузки. В паспортных данных стабилизаторов и источников питания можно найти фразу «устройство не может использоваться для реактивной нагрузки».

Для работы с приборами, имеющими большую реактивную мощность мы рекомендуем использовать специальные стабилизаторы напряжения и ИБП компании «Бастион». Эти приборы характеризуются большой перегрузочной мощностью и хорошей защитой от помех в сети по нагрузке.

Подробные ответы вы можете найти в следующих статьях:

Сравнение реальных мощностей стабилизаторов напряжения разных марок

Сравнение стабилизаторов напряжения Ресанта, APC, Voltron, Калибри, Teplocom

Стабилизаторы напряжения для котлов отопления

Преимущества релейных стабилизаторов напряжения «Бастион»

Стабилизатор напряжения для холодильника

Стабилизаторы напряжения для насосов

Стабилизатор напряжения для кондиционера и сплит-системы

как найти, формула расчёта, в чем измеряется

Содержание:

Мощность в цепи 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

Что это означает

В сетях переменного тока, которыми на сегодняшний день пользуется абсолютно весь мир, без активной и реактивной мощностей никак не обойтись – они взаимозависимы и даже необходимы. К активной электроэнергии относится напряжение, которое вырабатывается на ТЭС, ГрЭС, АЭС, мобильном генераторе, стоящем в гараже и т.д. – оно поступает к потребителю (на фабрики, заводы, к нам домой) и питает все электроприборы от сети ≈220-380 V. В это же время функция реактивной составляющей полного тока заключается в бесцельном блуждании от источника к потребителю и обратно. Так откуда же берётся эта, бесполезная на первый взгляд, субстанция?

Все дело в том, что в наших домах, на предприятиях и любых других электрифицированных объектах есть приборы с индуктивными катушками (для примера можно взять статор двигателя), где постоянно возникают магнитные поля. То есть, часть из них вращает ротор (якорь), а часть возвращается обратно и так до бесконечности, пока существует движение активной энергии. Это хорошо демонстрирует кружка свежего пива: с жидкостью человек выпивает лишь малую часть пены, а остальную оставляет в бокале либо сдувает на землю. Но эта самая пена является продуктом брожения (индукции), без которого пива, как такового, не будет вообще.

Сейчас уже можно подвести первый итог в понимании темы: если есть индуктивная нагрузка (а она есть всегда), то обязательно появится реактивный ток, потребляемый индукцией, которая сама его создает. То есть, индукция вырабатывает реактивную мощность, потом её потребляет, вырабатывает заново и так постоянно, но в этом кроется одна проблема. Для движения реактивной субстанции туда обратно, нужна активная энергия, которая расходуется из-за постоянного движения электронов по проводам (нагрев проводов).

Можно прийти к выводу, что активная мощность генератора, это полное противопоставление реактивной, на первый взгляд бесполезной мощности? Но это не так. Вспомните, сестры неразлучны между собой, так как любят друг друга, а пиво без пены никто не станет пить, да и забродить без неё напиток будет не в состоянии. То же можно сказать о реактивной мощности – без неё невозможно создание магнитных полей, так что с этой силой придется считаться. Но тут в дело пошли мозговые извилины изобретателей, которые решили сократить территориальное пространство (не гонять по проводам взад-вперед) этой, не совсем понятной, субстанции и вырабатывать её в непосредственной близости от объекта потребления.

Для наглядного примера можно взять всем известный электрический фен, в котором есть двигатель, вращающий вал с лопастями – он называется турбиной для подачи горячего воздуха. Так вот, чтобы разгрузить линию электропередач от бесполезной беготни реактива от станции к потребителю и обратно, в корпус прибора встраивают конденсатор нужной емкости. А представьте себе ту же электросварку или токарный цех с десятками мощных станков, – какой потенциал высвобождается реактивным током для увеличения КПД. Если говорить техническим языком, то установка конденсаторов или других статических компенсирующих элементов называется компенсацией реактивной мощности. Получается, что активная и реактивная мощность, это две неразрывно связанных между собой величины.

Вырабатывать реактивную мощность могут также и генераторы на электростанциях любого типа. Для этого достаточно сменить ток возбуждения (перевозбуждения, недовозбуждения) и генератор окажется как поставщиком, так и потребителем этой величины. Но, это всего лишь законы физики, которые в данном случае не очень выгодны для людей, поэтому лучше всего переносить емкость накопления и отдачи, как можно ближе к источнику – в корпус прибора (агрегата) или в производственный цех.

Простое объяснение с формулами

Активная мощность (P)

Другими словами активную мощность можно назвать: фактическая, настоящая, полезная, реальная мощность. В цепи постоянного тока мощность, питающая нагрузку постоянного тока, определяется как простое произведение напряжения на нагрузке и протекающего тока, то есть

P = U I

потому что в цепи постоянного тока нет понятия фазового угла между током и напряжением. Другими словами, в цепи постоянного тока нет никакого коэффициента мощности.

Но при синусоидальных сигналах, то есть в цепях переменного тока, ситуация сложнее из-за наличия разности фаз между током и напряжением. Поэтому среднее значение мощности (активная мощность), которая в действительности питает нагрузку, определяется как:

P = U I Cosθ

В цепи переменного тока, если она чисто активная (резистивная), формула для мощности та же самая, что и для постоянного тока: P = U I.

Формулы для активной мощности

P = U I – в цепях постоянного тока

P = U I cosθ – в однофазных цепях переменного тока

P = √3 UL IL cosθ – в трёхфазных цепях переменного тока

P = 3 UPh IPh cosθ

P = √ (S2 – Q2) или

P =√ (ВА2 – вар2) или

Активная мощность = √ (Полная мощность2 – Реактивная мощность2) или

кВт = √ (кВА2 – квар2)

Реактивная мощность (Q)

Также её мощно было бы назвать бесполезной или безваттной мощностью.

Мощность, которая постоянно перетекает туда и обратно между источником и нагрузкой, известна как реактивная (Q).

Реактивной называется мощность, которая потребляется и затем возвращается нагрузкой из-за её реактивных свойств. Единицей измерения активной мощности является ватт, 1 Вт = 1 В х 1 А. Энергия реактивной мощности сначала накапливается, а затем высвобождается в виде магнитного поля или электрического поля в случае, соответственно, индуктивности или конденсатора.

Реактивная мощность определяется, как

Q = U I sinθ

и может быть положительной (+Ue) для индуктивной нагрузки и отрицательной (-Ue) для емкостной нагрузки.

Единицей измерения реактивной мощности является вольт-ампер реактивный (вар): 1 вар = 1 В х 1 А. Проще говоря, единица реактивной мощности определяет величину магнитного или электрического поля, произведённого 1 В х 1 А.

В чем измеряется активная мощность?

Активная мощность: обозначение P, единица измерения: Ватт Реактивная мощность: обозначение Q, единица измерения: ВАр (Вольт Ампер реактивный) Полная мощность: обозначение S, единица измерения: ВА (Вольт Ампер)

В чем разница между активной и реактивной мощности?

Как узнать какая мощность в цепи переменного тока

Стоит указать, что это величина, которая прямо связывается с иными показателями. К примеру, она находится в прямой зависимости от времени, силы, скорости, вектора силы и скорости, модуля силы и скорости, момента силы и частоты вращения. Часто в формулах во время вычисления электромощности используется также число Пи с показателем сопротивления, мгновенным током, напряжением на конкретном участке электрической сети, активной, полной и реактивной силой. Непосредственно участник вычисления это амплитуда, угловая скорость и начальная сила тока с напряжением.

Формула мощности в цепи переменного тока

В однофазной цепи

Понять, какой мощностный показатель есть в однофазной цепи переменного тока, можно при помощи применения трансформатора тока. Для этого необходимо воспользоваться ваттметром, который включен через токовый трансформатор. Показания следует перемножить на трансформаторный коэффициент тока. В момент измерения мощности в высоком напряжении трансформатор тока необходим, чтобы заизолировать ваттметр и обеспечить безопасность пользователя. Параллельна цепь включается не непосредственным способом, а благодаря трансформатору напряжения. Вторичные обмотки с корпусами измерительных трансформаторных установок необходимо заземлять во избежание случайного изоляционного повреждения и попадания высокого напряжения на приборы.

Обратите внимание! Для определения параметров в сети необходимо амперметр перемножить на трансформаторный коэффициент тока, а цифры, полученные вольтметром, перемножить на трансформаторный коэффициент напряжения.

В однофазной цепи

Чему равна активная мощность трехфазной цепи?

Активной мощностью трехфазной системы называется сумма активных мощностей всех фаз приемника. где — φ угол сдвига фаз между фазными напряжением и током.

Как рассчитать активную мощность трансформатора?

Для выяснения показателя активной мощности, необходимо знать полную мощность, для её вычисления используется следующая формула: S = U I, где U – это напряжение сети, а I – это сила тока сети. Расчет активной мощности учитывает угол сдвига фаз или коэффициент (cos φ), тогда: S = U * I * cos φ.

Электроприборы, влияющие на качество потребления

Коэффициент мощности равен единице при подключении ламп и нагревателей. Он уменьшается до 0,7 и менее, когда в цепи добавляют преобладающие по потреблению энергии электромоторы, другие компоненты с реактивными составляющими.

Правильное применение определений и расчетов мощности помогает оптимизировать проект электрической сети с учетом особенностей подключаемых нагрузок. Приведенные выше сведения пригодятся на стадии определения параметров проводки, защитных автоматов. Комплексное использование этих знаний повысит надежность электроснабжения, предотвратит возникновение и развитие аварийных ситуаций.

Чем отличается активная мощность от реактивной – Все об электричестве

Мощностные характеристики установки или сети являются основными для большинства известных электрических приборов. Активная мощность (проходящая, потребляема) характеризует часть полной мощности, которая передается за определенный период частоты переменного тока.

Активная и реактивная мощность может быть только у переменного тока, т. к. характеристики сети (силы тока и напряжения) у постоянного всегда равны.

Единица измерений активной мощности  Ватт, в то время, как реактивной – реактивный вольтампер и килоВАР (кВАР).

Стоит отметить, что как полная, так и активная характеристики могут измеряться в кВт и кВА, это зависит от параметров конкретного устройства и сети. В промышленных цепях чаще всего измеряется в килоВаттах.

Соотношение энергий

Электротехника используется активную составляющую в качестве измерения передачи энергии отдельными электрическими приборами. Рассмотрим, сколько мощности потребляют некоторые из них:

Исходя из всего, сказанного выше, активная мощность – это положительная характеристика конкретной электрической цепи, которая является одним из основных параметров для выбора электрических приборов и контроля расхода электричества.

Генерация активной составляющей

Обозначение реактивной составляющей:

Это  номинальная величина, которая характеризует нагрузки в электрических устройствах при помощи колебаний ЭМП и потери при работе прибора. Иными словами, передаваемая энергия переходит на определенный реактивный преобразователь (это конденсатор, диодный мост и т. д.) и проявляется только в том случае, если система включает в себя эту составляющую.

Для выяснения показателя активной мощности, необходимо знать полную мощность, для её вычисления используется следующая формула:

S = U I, где U – это напряжение сети, а I – это сила тока сети.

Этот же расчет выполняется при вычислении уровня передачи энергии катушки при симметричном подключении. Схема имеет следующий вид:

Схема симметричной нагрузки

Расчет активной мощности учитывает угол сдвига фаз или коэффициент (cos φ), тогда:

S = U * I * cos φ.

Очень важным фактором является то, что эта электрическая величина может быть как положительной, так и отрицательной. Это зависит от того, какие характеристики имеет cos φ.

Если у синусоидального тока угол сдвига фаз находится в пределах от 0 до 90 градусов, то активная мощность положительная, если от 0 до -90 – то отрицательная.

Правило действительно только для синхронного (синусоидального) тока (применяемого для работы асинхронного двигателя, станочного оборудования).

Также одной из характерных особенностей этой характеристики является то, что в трехфазной цепи (к примеру, трансформатора или генератора), на выходе активный показатель полностью вырабатывается.

Расчет трехфазной сети

Максимальная и активная обозначается P, реактивная мощность – Q.

Из-за того, что реактивная обуславливается движением и энергией магнитного поля, её формула (с учетом угла сдвига фаз) имеет следующий вид:

QL = ULI = I2xL

Для несинусоидального тока очень сложно подобрать стандартные параметры сети. Для определения нужных характеристик с целью вычисления активной и реактивной мощности используются различные измерительные устройства. Это вольтметр, амперметр и прочие. Исходя от уровня нагрузки, подбирается нужная формула.

Из-за того, что реактивная и активная характеристики связаны с полной мощностью, их соотношение (баланс) имеет следующий вид:

S = √P2 + Q2, и все это равняется U*I .

Но если ток проходит непосредственно по реактивному сопротивлению. То потерь в сети не возникает. Это обуславливает индуктивная индуктивная составляющая – С и сопротивление – L. Эти показатели рассчитываются по формулам:

Сопротивление индуктивности: xL = ωL = 2πfL,

Сопротивление емкости: хc = 1/(ωC) = 1/(2πfC).

Для определения соотношения активной и реактивной мощности используется специальный коэффициент. Это очень важный параметр, по которому можно определить, какая часть энергии используется не по назначению или «теряется» при работе устройства.

При наличии в сети активной реактивной составляющей обязательно должен рассчитываться коэффициент мощности.

Эта величина не имеет единиц измерения, она характеризует конкретного потребителя тока, если электрическая система содержит реактивные элементы.

С помощью этого показателя становится понятным, в каком направлении и как сдвигается энергия относительно напряжения сети. Для этого понадобится диаграмма треугольников напряжений:

Диаграмма треугольников напряжений

К примеру, при наличии конденсатора формула коэффициента имеет следующий вид:

cos φ = r/z = P/S

Для получения максимально точных результатов рекомендуется не округлять полученные данные.

Учитывая, что при резонансе токов реактивная мощность равняется 0:

Q = QL – QC = ULI – UCI

Для того чтобы улучшить качество работы определенного устройства применяются специальные приборы, минимизирующие воздействие потерь на сеть. В частности, это ИБП. В данном приборе не нуждаются электрические потребители со встроенным аккумулятором (к примеру, ноутбуки или портативные устройства), но для большинства остальных источник бесперебойного питания является необходимым.

При установке такого источника можно не только установить негативные последствия потерь, но и уменьшить траты на оплату электричества. Специалисты доказали, что в среднем, ИБП поможет экономить от 20 % до 50 %. Почему это происходит:

1. Значительно уменьшается нагрузка силовых трансформаторов;
2. Провода меньше нагреваются, это не только положительно влияет на их работу, но и повышает безопасность;
3. У сигнальных и радиоустройств уменьшаются помехи;
4. На порядок уменьшаются гармоники в электрической сети.

Активная электроэнергия

Активная составляющая полной мощности совершает полезную работу и преобразовывается в те виды энергии, которые нужны потребителю. У части бытовых и промышленных электроприборов в расчетах активная и полная мощность совпадают. Среди таких устройств – электроплиты, лампы накаливания, электропечи, обогреватели, утюги и гладильные прессы и прочее.

Если в паспорте указана активная мощность 1 кВт, то полная мощность такого прибора будет составлять 1 кВА.

Предыдущая

РазноеЭнергия конденсатора

Следующая

РазноеАвтоматические выключатели

Реальная, реактивная и активная мощность — интеллектуальные сети

Цепь пост. . Единицами мощности постоянного тока являются ватты [названы в честь Джеймса Ватта (1736-1819)]. Мощность постоянного тока можно рассматривать как мощность, потребляемую резистором.

Цепь переменного тока
В цепи переменного тока питание становится намного сложнее. В США мощность переменного тока вырабатывается по стандарту 60 Гц, 120 вольт. Гц означает количество циклов в секунду. Следовательно, 60 раз в секунду генерируется синусоидальная волна с пиковой амплитудой приблизительно 170 вольт. Эта циклическая синусоида переменного тока может создавать три типа мощности: 1) активная мощность, 2) реактивная мощность и 3) полная мощность.

1.  Реальная, активная или средняя мощность — это мощность, потребляемая резистором. Обозначается буквой «П». Как и в цепях постоянного тока, реальная мощность измеряется в ваттах. Для расчета активной мощности можно использовать только две формулы мощности:
   P = I ² R или P = V ² /R.
   Примеры 
   #1    Рассчитайте мощность, потребляемую резистором 1 кОм, через который протекает ток 5 мА.
   P = I ² R = (5 мА) ² *1 кОм = 25 мВт
   #2 Рассчитайте мощность, потребляемую резистором 1 кОм при падении напряжения на нем 15 В.
   P = V ² /R = (15 В) ² /1 кОм = 225 мВт
   Примерами электрических устройств, которые потребляют только реальную мощность, являются электрические плиты, фены, электрические водонагреватели и тостеры.
2. Реактивная мощность — это мощность, потребляемая катушками индуктивности и конденсаторами. Обозначается буквой «Q». Реактивная мощность измеряется в варах (реактивных вольтамперах). Следовательно, в катушках индуктивности и конденсаторах сохраняется и высвобождается в 60 раз больше энергии, чем в секунду. Индуктивное сопротивление чистых катушек индуктивности +jX _л . Это означает, что индуктор на +90 градусов не совпадает по фазе с резистором (который находится на 0 градусов). Емкостное сопротивление чистого конденсатора -jX _C . Это означает, что конденсатор на -90 градусов не совпадает по фазе с резистором (который находится на 0 градусов). Чистое реактивное сопротивление в цепи равно X = +jX _L -jX _C . Следовательно, реактивное сопротивление всегда будет либо чистым емкостным, либо чистым индуктивным. Для расчета реактивной мощности можно использовать только две формулы мощности:
   Q = I ² X или Q = V ² /X. Если чистое реактивное сопротивление индуктивное, Q положительное, а если чистое реактивное сопротивление емкостное, Q отрицательное.
   
   Примеры 
   #1    Рассчитайте мощность, потребляемую индуктивным сопротивлением 2 кОм при протекании через него тока 4 мА.
   Q = I ² R = (4 мА) ² *2 кОм = 32 мВАР
   #2 Рассчитайте мощность, потребляемую катушкой индуктивности 1 кОм при падении напряжения на ней 15 В.
   P = V ² /XL = (15v) ² /1 кОм = 225 мВАР
   Примерами электрических устройств, генерирующих некоторую реактивную мощность, являются микроволновые печи, стиральные машины, вентиляторы и кондиционеры.
3. Полная мощность представляет собой гипотенузу активной и реактивной мощности (см. рисунок ниже). Обозначается буквой «С». Полная мощность измеряется в ВА (Вольт-Ампер). Полная мощность полезна, поскольку она показывает общий ток, используемый комбинацией резистивных, индуктивных и емкостных компонентов. Полная мощность = V*I. S = sqrt(R ² + Q ² ).
   изображение автора
4. Коэффициент мощности
   Коэффициент мощности определяется как Fp = cos Θ. Где Θ — угол в треугольнике мощности, показанном выше (угол между кажущейся мощностью и реальной мощностью). Если Fp = 1 (единица), то реальная и кажущаяся мощности совпадают; следовательно, реактивная мощность будет равна нулю. В идеале коммунальные предприятия хотели бы, чтобы все потребители электроэнергии просто использовали только реальную мощность, чтобы коэффициент мощности оставался равным единице. Дома в среднем имеют коэффициент мощности 0,9.5, рестораны 0,88 и промышленное производство 0,77 (Кутитас 15).
   ПРИМЕРЫ
   Вот несколько примеров. В таблице ниже предполагается источник переменного тока 120 В и R _L = 5 Ом для всех катушек индуктивности.
   

   Значение	Общее сопротивление = RL + R	Импеданс прямоугольный	Текущий	Реальная мощность	Реактивная мощность	Полная мощность	Коэффициент мощности
   1 мкФ + 47 мГн f = 100 Гц	5 Ом	5 + j29 -j 1592 Ом = 5 -j1562 Ом	76,8 мА	29,5 мВт	-9,2 ВАР	9,2 ВА	приблизительно 0
   1 мкФ + 47 мГн f = 1 кГц	5 Ом	5 + j295 -j 159 Ом = 5 +j139 Ом	863 мА	3,74 Вт	+104 ВАР	104 ВА	приблизительно 0
   1 мкФ + 47 мГн f = 10 кГц	5 Ом	5 + j2953 -j 16 Ом = 5 +j2938 Ом	40,8 мА	8,3 мВт	+4,9 ВАР	4,9 ВА	приблизительно 0
   300 Ом + 47 мГн + 1 мкФ f = 100 Гц	305 Ом	305 + j29 -j 1592 Ом = 305 -j1562 Ом	75,4 мА	1,73 Вт	-8,88 ВАР	9,04 ВА	0,191
   300 Ом + 47 мГн + 1 мкФ f = 1 кГц	305 Ом	305 + j295 -j 159 Ом = 305 + j139 Ом	358 мА	39,1 Вт	+17,8 ВАР	43 ВА	0,909
   300 Ом + 47 мГн + 1 мкФ f = 10 кГц	305 Ом	305 + j2953 -j 16 Ом = 305 +j2938 Ом	40,63 мА	503 мВт	+4,84 ВАР	4,87 ВА	0,1
   3,3 кОм + 22 нФ + 470 мГн    f = 100 Гц	3305 Ом	3305 + j29 -j 1592 Ом = 3305 -j1562 Ом	32,83 мА	3,56 Вт	-1,68 ВАР	3,94 ВА	0,904
   3,3 кОм + 22 нФ + 470 мГн    f = 1 кГц	3305 Ом	3305 + j295 -j 159 Ом = 3305 +j139 Ом	36,3 мА	4,34 Вт	+183 мВАр	4,34 ВА	приблизительно 1
   3,3 кОм + 22 нФ + 470 мГн    f = 10 кГц	3305 Ом	3305 + j2953 -j 16 Ом = 3305 +j2938 Ом	27,13 мА	2,43 Вт	+2,16 ВАР	3,256 ВА	0,746

   Выполните прилагаемый рабочий лист https://kirkwood. pressbooks.pub/app/uploads/sites/13/2022/01/Real-Reactive-and-Apparent-Power-2.docx

    

   Процитированные работы
   Кутитас, Джордж и Стэн Макклеллан. Smart Grid как платформа для разработки приложений . Дом Артех, 2017.

Активная, реактивная и полная мощность

Многие практические схемы содержат комбинацию резистивных, индуктивных и емкостных элементов. Эти элементы вызывают фазовый сдвиг между параметрами электропитания, такими как напряжение и ток.

[адсенс1]

Из-за поведения напряжения и тока, особенно при воздействии этих компонентов, величина мощности принимает различные формы.

В цепях переменного тока амплитуды напряжения и тока постоянно изменяются с течением времени. Поскольку мощность представляет собой произведение напряжения на ток, она будет максимальной, когда токи и напряжения совпадают друг с другом.

Это означает, что нулевая и максимальная точки на кривых тока и напряжения возникают одновременно. Это можно назвать полезной мощностью.

В случае элементов катушки индуктивности или конденсатора существует 90 ⁰ фазовый сдвиг между напряжением и током. Таким образом, мощность будет иметь нулевое значение каждый раз, когда либо напряжение, либо ток имеют нулевое значение.

Это нежелательное состояние, поскольку на нагрузке не выполняется работа, даже если источник вырабатывает энергию. Эта мощность называется реактивной мощностью. Кратко обсудим эти формы мощности в электрических цепях переменного тока.

Краткое описание

Питание в цепях переменного тока

Мощность в любой электрической цепи можно получить путем умножения значений напряжения и тока в этой цепи. Это применимо как для цепей постоянного, так и переменного тока.

т. е. мощность = (значение тока) x (значение напряжения)

P = V x I

Мощность измеряется в ваттах. В цепях постоянного тока и чистых цепях переменного тока без каких-либо нелинейных компонентов формы сигналов тока и напряжения находятся «в фазе».

[adsense2]

Таким образом, мощность в любой момент времени в этой цепи получается путем умножения напряжения и тока. Однако в случае цепей переменного тока это будет не так (выше упоминалось о наличии фазового сдвига).

Рассмотрим описанную выше цепь, в которой переменный ток подается на нагрузку. Напряжения и токи в цепи задаются как = √2 I sin (ωt ± ϕ)

Где V (= Vm/√2) и I (= Im/√2) – среднеквадратичные значения приложенного напряжения и тока, протекающего по цепи соответственно. Φ — разность фаз между напряжением и током, где знак + указывает на опережающий фазовый угол, а отрицательный указывает на отстающий фазовый угол.

Тогда мгновенная мощность, отдаваемая источником в нагрузку, определяется как cos ϕ (1 – cos 2wt) ± VI sin ϕ sin2wt

Приведенное выше уравнение мощности состоит из двух членов, а именно

1. Член, пропорциональный VI cos ϕ, который пульсирует вокруг среднего значения VI cos ϕ
2. Член, пропорциональный VI sin ϕ, пульсирующий с удвоенной частотой питания, дающий в среднем нулевое значение за цикл.

Итак, в цепях переменного тока есть 3 формы мощности. Это

1. Активная мощность или Истинная мощность или Реальная мощность
2. Реактивная мощность
3. Полная мощность

Активная мощность

Фактическое количество мощности, рассеиваемой или выполняющей полезную работу в цепи, называется активной, истинной или реальной мощностью. Измеряется в ваттах, практически измеряется в кВ (киловаттах) и МВт (мегаваттах) в энергосистемах.

Обозначается буквой P (заглавная) и равен среднему значению p = VI cos ϕ. Это желаемый результат электрической системы, которая управляет цепью или нагрузкой.

P = VI cos ϕ

Реактивная мощность

Среднее значение второго члена в полученном выше выражении равно нулю, поэтому мощность, вносимая этим членом, равна нулю. Составляющая, пропорциональная VI sin ϕ, называется реактивной мощностью и обозначается буквой Q.

Хотя это и мощность, но не измеряемая в ваттах, так как это неактивная мощность и, следовательно, она измеряется в Вольт-ампер-реактивная (ВАР). Значение этой реактивной мощности может быть отрицательным или положительным в зависимости от коэффициента мощности нагрузки.

Это связано с тем, что индуктивная нагрузка потребляет реактивную мощность, а емкостная нагрузка генерирует реактивную мощность.

Q = VI sin ϕ

Значение реактивной мощности

Реактивная мощность является одной из составляющих общей мощности, которые перемещаются туда и обратно в цепи или линии. Его можно назвать скоростью изменения энергии во времени, которая продолжает течь от источника к реактивным компонентам в течение положительного полупериода и обратно к компонентам от источника во время отрицательного цикла. Поэтому он никогда не потребляется нагрузкой.

В обычном смысле эта фиктивная мощность вовсе не мощность, а лишь степенная мера реактивной составляющей тока. При наличии избыточной реактивной мощности коэффициент мощности значительно снижается. Такой низкий коэффициент мощности нежелателен с точки зрения эффективности работы и эксплуатационных расходов.

А также эта мощность вызывает дополнительный ток от источника питания, что приводит к дополнительным потерям и увеличению мощности оборудования. Вот почему эту мощность в шутку называют холестерином линий электропередач.

Чтобы свести к минимуму потери и увеличить мощность имеющегося оборудования, коммунальные предприятия используют методы компенсации VAR или оборудование для коррекции коэффициента мощности. Как правило, эти методы реактивной компенсации реализуются на стороне нагрузки.

Однако эта реактивная мощность полезна для создания необходимых магнитных полей для работы индуктивных устройств, таких как трансформаторы, двигатели переменного тока и т. д. Она также помогает регулировать напряжение в мощных механизмах электропитания.

Полная мощность

Комплексная комбинация истинной или активной мощности и реактивной мощности называется полной мощностью. Без привязки к какому-либо фазовому углу произведение напряжения и тока дает полную мощность. Полная мощность полезна для оценки силового оборудования.

Его также можно выразить как квадрат тока, умноженный на импеданс цепи. Обозначается буквой S и измеряется в вольт-амперах (ВА), практические единицы включают кВА (киловольт-ампер) и МВА (мегавольт-ампер).

Полная мощность = среднеквадратичное напряжение × среднеквадратичное значение тока

Полная мощность, S = V × I

В комплексной форме, S = V I*

S = V ∠0 ⁰ I ∠ ϕ (для тока отстающей нагрузки)

S = V I ∠ ϕ

S = V I cos ϕ + jV I sin ϕ

S = P + jQ

Или S = ​​I ² Z

Мощный треугольник

Соотношение между активной и реактивной мощностью может быть выражен путем представления величин в виде векторов, что также называется методом треугольника мощности, как показано ниже. На этой векторной диаграмме напряжение рассматривается как опорный вектор. Диаграмма векторов напряжения и тока является основой для формирования треугольника мощности.

На рисунке (a) ток отстает от приложенного напряжения на угол ϕ. Горизонтальная составляющая тока равна I cos ϕ, а вертикальная составляющая тока равна I sin ϕ. Если каждый вектор тока умножить на напряжение V, получится треугольник мощности, как показано на рисунке (b).

В активную мощность входит составляющая I cos ϕ, совпадающая по фазе с напряжением, в то время как реактивная мощность создается квадратурной составляющей.

Таким образом, полная мощность или гипотенуза треугольника получается путем векторного объединения активной и реактивной мощностей.

По теореме Пифагора сумма квадратов двух соседних сторон (активная мощность и реактивная мощность) равна квадрату диагонали (полной мощности). т.е.,

(видимая мощность) ² = (реальная мощность) ²

S ² = P ² + Q ²

S = √ ((Q ² + P ^{2 2}

2 S = √ (Q ² + P ² ))

Где

S = полная мощность, измеренная в киловольт-амперах, кВА

Q = реактивная мощность, измеренная в киловольт-амперах реактивная, кВАр

P = активная мощность, измеренная в киловаттах, кВт

С точки зрения резистивных, индуктивных и импедансных элементов формы мощности могут быть выражены как

Активная мощность = P = I ² R

Реактивная мощность = Q = I ² X

Полная мощность = S = I ² Z

Где

X — индуктивность,

 Z — импеданс.