Содержание
Индуктивная и емкостная нагрузка
Термины «емкостная нагрузка» и «индуктивная нагрузка», применительно к цепям переменного тока, подразумевают определенный характер взаимодействия потребителя с источником переменного напряжения.
Грубо это можно проиллюстрировать следующим примером: подключив к розетке полностью разряженный конденсатор, в первый момент времени мы будем наблюдать практически короткое замыкание, тогда как подключив к той же самой розетке катушку индуктивности, в первый момент времени ток через такую нагрузку окажется почти нулевым.
Так происходит потому, что катушка и конденсатор взаимодействуют с переменным током принципиально по разному, в чем и заключается ключевое различие между индуктивной и емкостной нагрузками.
Емкостная нагрузка
Говоря о емкостной нагрузке, имеют ввиду, что она ведет себя в цепи переменного тока подобно конденсатору.
Это значит, что синусоидальный переменный ток будет периодически (с удвоенной частотой источника) перезаряжать емкость нагрузки, при этом в первую четверть периода энергия источника будет расходоваться на создание электрического поля между пластинами конденсатора.
Во вторую четверть периода энергия электрического поля между пластинами конденсатора будет возвращаться к источнику.
В третью четверть периода емкость будет заряжаться от источника противоположной полярностью (по сравнению с тем что было в первую четверть периода). В четвертую четверть периода емкость снова вернет энергию электрического поля обратно в сеть. В течение следующего периода данный цикл повторится. Так ведет себя чисто емкостная нагрузка в цепи синусоидального переменного тока.
Практически получается, что при емкостной нагрузке ток опережает по фазе на четверть периода переменное напряжение, приложенное к данной нагрузке, потому что когда емкость заряжается, ток оказывается максимальным уже в первый момент, когда приложенное напряжение источника только начинает нарастать, энергия тока преобразуется в энергию увеличивающегося электрического поля накапливаемого в нагрузке заряда, как в конденсаторе.
Но с ростом приложенного напряжения, емкость уже имеет достаточно много накопленного заряда, поэтому с приближением напряжения источника к своему максимуму, скорость накопления заряда в емкостной нагрузке становится меньше, и потребляемый ток при этом уменьшается вплоть до нуля.
Примеры емкостных нагрузок: конденсаторные батареи, корректоры коэффициента мощности, синхронные двигатели, ЛЭП сверхвысокого напряжения.
Индуктивная нагрузка
Если теперь обратить внимание на индуктивную нагрузку, то она ведет себя в цепи переменного тока подобно катушке индуктивности.
Это значит, что синусоидальное переменное напряжение будет периодически (с удвоенной частотой источника) порождать ток через индуктивность нагрузки, при этом в первую четверть периода энергия источника будет расходоваться на создание магнитного поля тока через катушку.
Во вторую четверть периода энергия магнитного поля катушки будет возвращаться к источнику. В третью четверть периода катушка будет намагничиваться противоположной полярностью (по сравнению с тем что было в первую четверть периода), и в четвертую четверть периода индуктивность снова вернет энергию магнитного поля обратно в сеть.
В течение следующего периода данный цикл повторится.
Так ведет себя чисто индуктивная нагрузка в цепи синусоидального переменного тока.
На деле получается, что при индуктивной нагрузке ток отстает по фазе на четверть периода от переменного напряжения, приложенного к данной нагрузке, потому что когда индуктивность начинает намагничивается, в первый момент времени ток через нее оказывается минимальным, хотя приложенное напряжение источника и находится уже в максимальной точке.
Энергия источника преобразуется здесь в энергию увеличивающегося магнитного поля тока, протекающего через индуктивность нагрузки. При уменьшении напряжения, ток через индуктивность уже имеет достаточно большую величину, поэтому с приближением напряжения источника к своему минимуму, скорость роста тока в индуктивной нагрузке замедляется, но сам ток в индуктивности при этом максимален.
Примеры индуктивных нагрузок: асинхронные двигатели, электромагниты, дроссели, реакторы, трансформаторы, выпрямители, тиристорные преобразователи.
Ранее ЭлектроВести писали, что SMA и Infineon совместно разработали инверторы на основе карбида кремния в качестве полупроводников, что позволило не только снизить вес, но и отказаться от использования некоторых комплектующих.
По материалам: electrik.info.
Типы электрических потребителей. Активная и реактивная нагрузка, активно-индуктивная и активно-емкостная, в чем различия?
Главная > Полезная информация> Типы электрических потребителей. Активная и реактивная нагрузка, активно-индуктивная и активно-емкостная, в чем различия?
Какие типы электрических потребителей бывают? Активная и реактивная нагрузка, активно-индуктивная и активно-емкостная, в чем различия?
В повседневной жизни и общениях с клиентами интернет-магазина Электрокапризам-НЕТ! мы выясняем множество технических вопросов и максимально точно подбираем оборудование под инженерные задачи. Имея большой опыт работ и выбора технических решений специалистами компании НТС-ГРУПП (ТМ Электрокапризам-НЕТ!) была собрана масса полезной информации, которую мы попытались структурировать и в сжатом виде донести нашим клиентам путем публикации на сайте. Ниже приведена своеобразная классификация типа нагрузок с небольшими комментариями, а в следующей статье будут описаны особенности выбора мощности, запаса мощности и варианты использования источников бесперебойного питания, стабилизаторов напряжения и электрогенераторов в сетях с несбалансированным распределением потребителей, с различными видами активной и реактивной нагрузкок и др.
Применительно к выбору оборудования классифицируем типы нагрузок следующим образом
1. По типу электрического потребления нагрузки делятся на:
АКТИВНУЮ: — Активная (или еще известную, как резистивная) нагрузка. В этом случае закон Ома выполняется в каждый момент времени и аналогичен закону Ома для схем постоянного тока. В качестве примеров : электрическая лампочка накаливания, нагревательный элемент (ТЭН), электрическая плита, бойлер и т.п.
РЕАКТИВНУЮ, которая также разделяется на такие:
— Индуктивная нагрузка — нагрузка, через которую ток отстает от напряжения и нагрузка потребляет реактивную мощность. Примеры: асинхронные двигатели, электромагниты, катушки дросселей, трансформаторы, выпрямители, преобразователи построенные на тиристорах. Индуктивная (реактивная) нагрузка преобразует в течение одной половины полупериода энергию электрического тока в магнитное поле, а течении следующей половины преобразует энергию магнитного поля в электрический ток.
При этом в индуктивной нагрузке кривая тока отстаёт от кривой напряжения на ту же половину полупериода. Примером для данного вида нагрузок может быть дроссель или катушка индуктивности.
— Ёмкостная (реактивная) нагрузка преобразует в течение одной половины полупериода энергию электрического тока в электрическое поле, а течении следующей половины преобразует энергию электрического поля в электрический ток. При этом в ёмкостной нагрузке кривая тока опережает кривую напряжения на ту же половину полупериода. Примером данного вида нагрузок может быть конденсатор.
На практике чистые реактивные нагрузки в электротехнике не встречаются. Вся электротехника работает с коэфициентом полезного действия ниже 100% вследствие рассеяния части энергии в виде тепловых потерь, потерь при излучении и др. побочных явлений. Таким образом в практической электротехнике применяется понятие активно-реактивной нагрузки. Активно-реактивная нагрузка также подразделяется на две: активно-индуктивная и активно-емкостная.
Активно-индуктивная нагрузка может рассматриваться как последовательное или параллельное соединение активного сопротивления и идеальной индуктивности. Примером таких нагрузок может быть обмоточный электромагнитный трансформатор, электродвигатель, электромагнитное пускорегулирующее устройство для люминесцентных ламп, катушка зажигания в автомобиле. Для этого вида нагрузок характерен бросок напряжения в момент размыкания электрической цепи.
Активно-ёмкостная нагрузка может рассматриваться как последовательное или параллельное соединение активного сопротивления и идеальной ёмкости. Примером таких нагрузок может быть конденсатор, электронные блоки питания галогенных или люминесцентных ламп. Для этих нагрузок характерен бросок тока в момент замыкания электрической цепи, особенно если он произошёл в тот момент, когда напряжение в сети максимально, или близко к максимальному.
При протекании тока через активно-реактивную нагрузку часть тока будет протекать через прибор, не производя никакой полезной работы.
При этом максимумы и минимумы тока и напряжения будут достигаться в разное время, а кривые изменения по времени тока и напряжения будут не совпадать – оставаясь, при этом, периодическими функциями. Происходит сдвиг тока и напряжения по фазе. Для обозначения зависимости такого сдвига применяется понятие Косинус угла между током и напряжением, и обозначается как cos(ϕ). Этот параметр является очень важным в электротехнике, которым не стоит пренебрегать при расчетах и выборе стабилизаторов напряжения, источников бесперебойного питания и электрогенераторов.
2. Фазность электропотребителей:
— однофазные –потребители рассчитанные на электропитание от 220/230В по схеме фаза-ноль-земля.
— трехфазные – потребители для которых необходимо подать напряжение 380В/400В в схеме с нейтралью и землей.
3. По способу распределения нагрузки (для трехфазных схем)
— Сбалансированные – сбалансированными считают такое распределение постребителей, когда на каждой фазе в трехфазной схеме мощности нагрузок распределены равномерно (с перекосом не более +/-20%).
В качестве примера можно привести коттедж с трехфазным вводом электроснабжения, в котором при проектировании и монтаже электрических потребителей 15 кВт мощности равномерно распределили по 5 кВт на каждую фазу. Еще одним примером можно выделить промышленный цех, в котором преобладают трехфазные потребители и таким образом все три фазы будут нагружены равномерно.
— Несбалансированные – характеризуются как хаотично-нагруженные фазы, где нагруженность фаз может отличаться на 100% между собой. Примером может служить частный трехэтажный дом в котором на каждый этаж отводится одна фаза. Как показывает практика первый этаж дома (т.е. одна из фаз) обычно перегружена в силу того, что на первом этаже размещаются: кухня, бойлерная и комната отдыха, а на остальных этажах спальни с бытовой техникой. В итоге одна фаза может быть нагружена на 100%, а другие используются редко или не сильно нагружены.
Блоки резистивной, индуктивной и емкостной нагрузки
Блоки нагрузки подключают электрическую нагрузку к источникам питания для проверки их способности выдавать электричество или регулировать характеристики тока.
Банки нагрузки создают спрос на мощность с помощью резистивных, индуктивных и емкостных элементов. Этот краткий обзор их различий.
Обзор
В системе переменного тока ток имеет синусоидальную форму в соответствии с частотой источника питания. В цепи, на которую не влияют индуктивность или реактивное сопротивление, напряжение и ток будут расти и падать вместе во время каждого цикла. Это состояние, известное как unity , показано на рис. 1.
На практике цепи имеют индуктивные или реактивные характеристики, которые вызывают пики напряжения и тока в разные моменты цикла переменного тока. В индуктивных цепях напряжение опережает ток, как показано на рис. 2. В емкостных цепях напряжение отстает от тока, как показано на рис. 3. Большие промежутки времени между пиками тока и напряжения указывают на большую индуктивную или емкостную нагрузку, и любое условие увеличивает работу, необходимую для подачи требуемого количества активной мощности к нагрузкам.
Степень, в которой пики напряжения и тока в отдельные моменты времени количественно определяются коэффициентом мощности . Для чисто резистивных нагрузок коэффициент мощности равен 1. Увеличение отклонения от этого значения указывает на уменьшение реальной мощности, доступной для работы.
Типы элементов блока нагрузки
Элементы резистивной нагрузки
В наиболее распространенных банках нагрузки используются резистивные элементы нагрузки. Сопротивление возникает, когда ток проходит через проводники в элементе блока нагрузки, выделяя тепло и создавая соответствующую электрическую нагрузку на источнике питания. Элементы резистивной нагрузки могут создавать точную величину нагрузки при коэффициенте мощности, равном 1.
Элементы резистивной нагрузки выделяют большое количество тепла, которое необходимо быстро отводить во избежание перегрева. Следовательно, блоки нагрузки используют принудительный воздух для охлаждения резистивных элементов, что обеспечивается специальной цепью питания и одним или несколькими вентиляторами.
Загрузка первичного двигателя, обычно дизельного двигателя, может выявить проблемы в его топливной, выхлопной, охлаждающей и других системах. Поскольку резистивные элементы работают с коэффициентом мощности, равным единице, они не проверяют реактивную мощность, вырабатываемую источником питания. Поскольку большинство систем распределения электроэнергии на объектах работают с отстающим коэффициентом мощности, близким к 0,8, резистивный блок может прикладывать нагрузку до 100 % номинальной мощности генератора, указанной на паспортной табличке. Однако элемент резистивной нагрузки не будет тестировать генератор против какой-либо индуктивной или реактивной нагрузки в цепи.
Элементы индуктивной нагрузки
Известные также как элементы реактивной нагрузки, индуктивные элементы используют проволочные катушки для создания индуктивных полей. Мощность, используемая для создания и поддержания этих полей, нагружает тестируемый источник питания. По сравнению с резистивными нагрузками ток индуктивной нагрузки достигает пика после напряжения.
Следовательно, индуктивные катушки производят отстающие коэффициенты мощности.
Поскольку они создают отстающие коэффициенты мощности, элементы индуктивной нагрузки используются всякий раз, когда необходимо уменьшить коэффициент мощности испытательной нагрузки. Например, коэффициент мощности в системе распределения электроэнергии в больнице может быть около 0,8. Тем не менее, во время испытаний генераторов можно использовать блоки нагрузки вместо действующей нагрузки здания, чтобы избежать нарушения подачи электроэнергии на объект. Поскольку блоки резистивной нагрузки обеспечивают коэффициент мощности, равный 1, они не могут тестировать источник питания при его номинальной мощности в кВА. Добавление блока индуктивной нагрузки может отрегулировать коэффициент мощности до значения, необходимого для испытаний на полную мощность.
Элементы емкостной нагрузки
В элементах емкостной нагрузки используются конденсаторы, накапливающие электрический заряд.
Они сопротивляются изменениям напряжения, что приводит к тому, что ток достигает пика перед напряжением во время каждого электрического цикла. В результате элементы емкостной нагрузки обеспечивают опережающий коэффициент мощности и могут использоваться для повышения коэффициента мощности цепей.
Конструкции элементов комбинированной нагрузки
Комбинированные блоки нагрузки обычно содержат резистивные и индуктивные элементы нагрузки в одном корпусе. Для генераторов это позволяет проводить испытания при 100% номинальной мощности кВА. Элементы резистивной и индуктивной нагрузки могут управляться независимо для создания чисто резистивной или индуктивной нагрузки или для регулировки коэффициента мощности по мере необходимости.
Примечательно, что блоки нагрузки с более чем одним типом элементов подходят для самого широкого спектра применений. Комбинированные блоки нагрузки используются для тестирования турбин, распределительных устройств, роторных ИБП, генераторов и систем ИБП.
Эти блоки нагрузки могут особенно подходить для использования арендными компаниями, которым может потребоваться размещение различных типов нагрузки по мере перемещения оборудования с одной площадки на другую.
Резюме
Блоки нагрузки доступны с резистивными, индуктивными и емкостными элементами нагрузки. Резистивные блоки проверяют источники питания без изменения коэффициента мощности. Индуктивные и емкостные элементы нагрузки могут использоваться для моделирования неединичных нагрузок и для регулировки коэффициента мощности цепей. Нагрузочные блоки с комбинированными элементами нагрузочных блоков предлагают самый широкий набор функций, которые особенно подходят для приложений, в которых блоки нагрузок перемещаются с одной площадки на другую. Дополнительные сведения о типах элементов нагрузки и их применении см. в официальном документе ASCO Power Technologies под названием 9.0009 Элементы резистивной, индуктивной и емкостной нагрузки – назначение, конструкция, применение .
Типы электрической нагрузки | Резистивная, индуктивная и емкостная нагрузка
Типы электрической нагрузки | Резистивная, индуктивная и емкостная нагрузка
https://www.theelectricalguy.in/wp-content/uploads/2020/08/Electrical-Load-1024×576.jpg
1024
576
Гаурав Дж.
Гаурав Дж.
https://secure.gravatar.com/avatar/87a2d2e0182faacb2e003da0504ad293?s=96&d=мм&r=g
Если мы посмотрим на характер электрических нагрузок, то мы можем разделить их на 3 типа. В этом руководстве вы подробно разберетесь с резистивной, индуктивной и емкостной нагрузкой. Также выделю одно из очень распространенных заблуждений о том или ином типе нагрузки. Итак, начнем.
Рекомендовать прочитать перед тем, как двигаться дальше
Активная, реактивная и полная мощность
Что такое электрическая нагрузка?
Во-первых, давайте разберемся, что такое электрическая нагрузка? Проще говоря, все, что потребляет электроэнергию, называется электрической нагрузкой .
Таким образом, это включает в себя лампочки, компьютеры, холодильник и т. Д., Все они потребляют электроэнергию, и, следовательно, мы можем называть их электрической нагрузкой. Теперь, если мы посмотрим на природу такой нагрузки, мы можем разделить их на три разных типа. И это так.
- Резистивная нагрузка
- Индуктивная нагрузка и
- Емкостная нагрузка
Резистивная нагрузка
Давайте сначала разберемся с резистивной нагрузкой. Нагрузка, потребляющая только активную мощность, называется резистивной нагрузкой. И если вы посмотрите на кривые напряжения и тока такой нагрузки, вы обнаружите, что напряжение и ток идеально совпадают по фазе друг с другом.
Теперь, когда я говорю, что они идеально совпадают по фазе, это означает, что оба сигнала достигают своего пикового значения одновременно. Они также достигают нулевого значения в то же время. Один пример показан выше.
Так как данный тип нагрузки потребляет только активную мощность, мощность течет от Источника только к нагрузке.
Мощность не будет течь от нагрузки к источнику. Да, в некоторых случаях мощность также передается от нагрузки к источнику, что я объяснил в своем видео об активной реактивной и полной мощности.
Поскольку такие нагрузки потребляют только активную мощность, коэффициент мощности таких нагрузок равен Единице! И это очень хороший знак. Если вы хотите подробно узнать коэффициент мощности, вы можете просмотреть мой полный плейлист на Power Factor.
Пример резистивной нагрузки
Пример резистивной нагрузки:
- Освещение
- Обогреватели
Или любые другие нагрузки, состоящие только из нагревательных элементов. Это примеры резистивной нагрузки.
Свойства резистивной нагрузки
Давайте посмотрим, каковы свойства резистивной нагрузки
- Эта нагрузка потребляет только активную мощность
- Кривые напряжения и тока таких нагрузок идеально совпадают по фазе друг с другом.
- Коэффициент мощности такой нагрузки равен единице
- Мощность всегда течет от источника к нагрузке
Индуктивная нагрузка
Теперь давайте разберемся с индуктивными нагрузками.
Нагрузка, потребляющая только реактивную мощность, называется индуктивной нагрузкой . И если вы посмотрите на кривые напряжения и тока такой нагрузки, вы обнаружите, что напряжение и ток не совпадают по фазе друг с другом на 90 градусов.
Теперь, когда я говорю, что они не совпадают по фазе, это означает, что обе формы волны достигают своего пикового значения в разное время. Они также достигают нулевого значения в разное время. Если вы посмотрите на форму волны, вы обнаружите, что напряжение опережает ток. Мы также можем сказать, что ток отстает от напряжения.
Поскольку такой тип нагрузки потребляет только реактивную мощность, мощность может передаваться от источника к нагрузке или даже от нагрузки к источнику. Далее, коэффициент мощности таких нагрузок не равен единице! Коэффициент мощности таких нагрузок носит отстающий характер. А это не очень хороший знак.
Пример индуктивной нагрузки
Давайте рассмотрим несколько примеров индуктивной нагрузки.
Электродвигатель
Вентиляторы
Стиральная машина или все, что имеет двигатель внутри.
Кроме того, реакторы, используемые в энергосистеме, являются примером индуктивной нагрузки.
Свойства индуктивной нагрузки
Давайте посмотрим, каковы свойства индуктивной нагрузки
- Эта нагрузка потребляет только реактивную мощность
- Кривые напряжения и тока таких нагрузок не совпадают по фазе на 90 град.
- Коэффициент мощности такой нагрузки отстает
- Мощность течет от источника к нагрузке и от нагрузки к источнику
Этот тип нагрузки не является легкой нагрузкой, как резистивная нагрузка. Они создают много проблем в системе. Но, конечно, они одинаково важны. Так как ток отстает от напряжения на 90 градусов в таком типе нагрузок, что затрудняет переключение такой нагрузки. Как известно, автоматический выключатель размыкается при нулевом токе. Если вы посмотрите на кривые тока и напряжения такой нагрузки, вы обнаружите, что когда ток равен нулю, напряжение максимально.
Следовательно, когда выключатель размыкается при нулевом токе, напряжение на контакте выключателя максимальное. Принимая во внимание, что в случае резистивной нагрузки и ток, и напряжение становятся равными нулю одновременно. Поэтому переключение такого типа индуктивных нагрузок имеет решающее значение.
Такой тип нагрузки также сильно влияет на коэффициент мощности системы. И, следовательно, счета за электроэнергию растут.
Емкостная нагрузка
Емкостная нагрузка аналогична индуктивной нагрузке. В емкостных нагрузках ток и напряжение также не совпадают по фазе. Разница лишь в том, что при емкостной нагрузке ток опережает напряжение на 90 град. В то время как при индуктивной нагрузке ток отстает от напряжения на 90 град.
Неверное представление о емкостной нагрузке
Теперь поговорим о заблуждении, о котором я говорил в начале этого видео.
Как правило, емкостные нагрузки не существуют в автономном формате. Конденсаторные батареи устанавливаются для улучшения коэффициента мощности нагрузки или системы.
Их работа заключается в обеспечении реактивной мощности. Поэтому мы не можем называть конденсаторные батареи емкостной нагрузкой. Потому что нагрузка — это то, что поглощает энергию. Я видел во многих местах в Интернете, что люди называют конденсаторную батарею емкостной нагрузкой. Ну, я думаю, конденсаторная батарея обеспечивает реактивную мощность и, следовательно, ее нельзя классифицировать как емкостную нагрузку./
Допустим, у меня есть генератор переменного тока на 230 В и подключенная к нему батарея конденсаторов. Реактивное сопротивление конденсаторной батареи 23 Ом. Следовательно, ток, потребляемый системой, будет равен 10 А.
Теперь, если вы подключите счетчик реактивной мощности, который используется для расчета реактивной мощности, между генератором и батареей конденсаторов, он даст отрицательные показания. Минус 2300 ВАР или 2,3 кВАр. Таким образом, это отрицательное значение указывает на то, что мощность фактически течет от конденсаторной батареи к генератору.