Site Loader

Содержание

Реактивной мощности измерение

Спасибо за интерес, проявленный к нашей Компании

Реактивной мощности измерение

Отправить другу

Измерение реактивной мощности осуществляется с помощью специального прибора варметра, также можно определить косвенным методом с помощью ряда приборов вольтметра, амперметра, фазометра.

Реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электрооборудование изменениями энергии электромагнитного поля в цепях переменного тока:

Q = UIsin φ

Единица измерения реактивной мощности — вольт-ампер реактивный (вар).. Реактивная мощность в электрических сетях вызывает дополнительные активные потери и падение напряжения. В электра установках специального назначения (индукционные печи) реактивная мощность значительно больше активной.

Это приводит к увеличению реактивной составляющей тока и вызывает перегрузку источников электроснабжения. Для устранения перегрузок и повышения мощности коэффициента электрических установок осуществляется компенсация реактивной мощности.

НЕОБХОДИМА КОНСУЛЬТАЦИЯ?

Чтобы правильно определить необходимое значение мощности установки компенсации реактивной мощности надо произвести измерения в электросети.

Применение современных электрических измерительных приборов на микропроцессорной технике позволяет производить более точную оценку величины энергии в сети.

Анализатор качества энергии и параметров сети потребителей является универсальной измерительной системой, предназначенной для измерения, хранения в памяти и контроля электрических параметров в электросетях с низким и средним напряжением. Измерение осуществляется в однофазных и трёхфазных сетях. Одним из главных достоинств анализатора качества энергии и параметров сети потребителей являются высокая точность измерений, компактные размеры и возможность измерения гармоник тока и напряжения в сети.

Один анализатор качества энергии и параметров сети потребителей совмещает в себе 13 различных измерительных приборов: амперметр, вольтметр, ваттметр, измерители реактивной и полной мощности, коэффициента мощности cos φ, частотомер, анализатор гармоник тока и напряжения, счётчики активной, реактивной и полной потребляемой электроэнергии. Трёхфазная электронная измерительная система прибора измеряет и оцифровывает действующие значения напряжения и тока в трёхфазной сети с частотой 50/60 Гц. Прибор производит 2 измерения в течение секунды. Из полученных значений микропроцессором высчитываются электрические параметры. Максимальные, минимальные значения параметров и программные данные сохраняются в памяти. Выбранные измеряемые значения, а также данные о перебоях в сети записываются в буферную память с указанием даты и времени. После чего данную информацию можно просмотреть и проанализировать на мониторе компьютера или распечатать на принтере.

НЕОБХОДИМА КОНСУЛЬТАЦИЯ?

Возврат к списку


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

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

 

 

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

 

 

Мощность не всех приборов указана в Вт, например:

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

 

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

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

Принцип действия активного и реактивного сопротивлений совершенно различный. Активное сопротивление – необратимо преобразует электрическую энергию в другие виды энергии (тепловую, световую и т.д.) – примеры: лампа накаливания, электронагреватель (параграф 39, Физика 11 класс В.А. Касьянов М.: Дрофа, 2007).

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

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

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

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

Также cosФ называется коэффициентом мощности (Power FactorPF)

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

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

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

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

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

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

 

См. учебники по электротехнике, например:

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

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

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

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

 


Приложение

 

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

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

 

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

 


АОСН-2-220-82
Латр 1.25 АОСН-4-220-82
Латр 2.5
АОСН-8-220-82





АОСН-20-220



АОМН-40-220




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

 

 

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

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

 

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

 

 

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

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

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

 

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

 

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

 

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

 

 

Дополнение 1

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

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

Поэтому во многих странах приняты стандарты нормирующие коэффициент мощности оборудования.

 

Дополнение 2

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

 

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

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

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

 

Дополнение 4

Наглядные примеры чистой активной и чистой реактивных нагрузок:

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

 

Дополнение 5

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

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

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

 

Дополнение 6

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

 

 

Дополнительные вопросы

 

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

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

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

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

 

 

Вопрос 2:

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

 

 

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

 

 

 

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

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

 

 

 


См. дополнительную литературу, например:

 

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

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

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

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

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

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

Расчёт мощности генератора

Для начала вспомним школу.

Что такое электрическая мощность?
Электрическая мощность обозначается при написании формул латинской буквой Р и измеряется в ваттах Вт или на латинице W, киловаттах (кВт или kW), мегаваттах (МВт или MW) и так далее.
Электрическая мощность равна произведению напряжения и тока:

P (Вт) = U (В) * I (А)

Различают следующие виды электрической мощности, которые, соответственно, по-разному обозначаются:

Активная мощность:
Обозначение: P
Единица измерения: Вт (W)

Это мощность, отдаваемая при подключении к источнику тока (генератору) нагрузки, имеющей активное (омическое) сопротивление. Если нагрузка, имеет только активное сопротивление и не содержит реактивных сопротивлений, то активная мощность будет равна полной мощности.

Расчёт производится по формуле: P = U * I * cos φ

Примеры: лампы накаливания, нагревательные приборы и т. п.

Реактивная мощность:
Обозначение: Q
Единица измерения: вар или VAr (вольт-ампер реактивный)

Это мощность, отдаваемая при подключении к источнику тока компонента сети или нагрузки, имеющей индуктивные (электродвигатель) или ёмкостные (конденсатор) элементы.

Расчёт производится по формуле: Q = U * I * sin φ

Примеры:
Потребители, придающие нагрузке индуктивный характер: электродвигатели, сварочные трансформаторы и т.п.
Потребители, придающие нагрузке ёмкостной характер: конденсаторы в компенсаторных устройствах, конденсаторы, создающие реактивную мощность в цепи возбуждения генераторов и т.п.

Полная мощность:
Обозначение: S
Единица измерения: В·A или VA (вольт-ампер)

Полная электрическая мощность равна произведению сдвинутых по фазе напряжения и тока. Полная мощность непосредственно связана с активной и реактивной мощностями. Её расчёт производится по формуле, выражающей закон Пифагора. Полная электрическая мощность представляет собой максимальную мощность электрического тока, которая может быть выработана генератором или использована.

Расчёт производится по формуле: S = U * I  или S = P + Q

Изображенный на рисунке треугольник отображает взаимосвязь между электрическими мощностями или соответствующими им напряжениями.

Теперь о расчёте мощности генератора.

Для точного определения области применения и пригодности любого электроагрегата для выполнения поставленных задач необходимо прежде всего определить суммарную мощность потребителей тока. Только таким образом можно определить, какой электроагрегат может быть использован для данных целей. При выборе необходимой мощности электроагрегата можно использовать приведённые ниже эмпирические формулы.

1. Потребители, являющиеся только активной нагрузкой (например, электронагреватели, лампы накаливания и подобные им приборы с чисто омическим сопротивлением).
Суммарную мощность можно расчитать путём простого сложения мощностей отдельных потребителей, которые могут быть подключены к генератору. В данном случае полная электрическая мощность, измеряемая в ВА или VA (Вольт-ампер) равна активной мощности, измеряемой в Вт или W (Ватт). Необходимая мощность электроагрегата определяется путём увеличения суммарной мощности подключаемых потребителей на 10% (т.е. с учётом определённых технических факторов).

Пример: Суммарная мощность потребителей * 110% = Мощность, требуемая от электроагрегата.

Если суммарная мощность всех потребителей 2000 Вт (в данном случае 2000 Вт = 2000 ВА ), то требуемая мощность электроагрегата будет: 2000 ВА * 110% = 2200ВА

2. Потребители, имеющие индуктивную составляющую мощности (компрессоры, насосы и прочие электродвигатели). Эти нагрузки потребляют очень большой ток при пуске и выходе на рабочий режим. В данном случае, сначала необходимо определить точное значение мощности одновременно подключаемых потребителей. Далее следует выбрать мощность электроагрегата.

Полная мощность такого электроагрегата должна быть не менее, чем в 3,5 раза больше суммарной мощности потребителей. В исключительных случаях она должна превышать мощность потребителей в 4—5 раз.

Пример: Суммарная мощность потребителей * 3,5 = Мощность, требуемая от электроагрегата.

Если суммарная мощность всех потребителей 2000 ВА, то требуемая мощность электроагрегата будет: 2000 ВА * 3,5 = 7000 ВА

Что такое активная и реактивная электроэнергия?

Расчет электрической энергии, используемой бытовым или промышленным электротехническим прибором, производится обычно с учетом полной мощности электрического тока, проходящего через измеряемую электрическую цепь.
При этом выделяются два показателя, отражающие затраты полной мощности при обслуживании потребителя. Эти показатели называются активная и реактивная энергия. Полная мощность представляет собой сумму этих двух показателей. 

Полная мощность.
По сложившейся практике потребители оплачивают не полезную мощность, которая непосредственно используется в хозяйстве, а полную, которую отпускает предприятие-поставщик. Различают эти показатели по единицам измерения – полная мощность измеряется в вольт-амперах (ВА), а полезная – в киловаттах. Активная и реактивная электроэнергия используется всеми запитанными от сети электроприборами.
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.
Понятие реактивной электроэнергии. 
Этот вид электроэнергии присущ цепям, в составе которых имеются реактивные элементы. Реактивная электроэнергия — это часть полной поступаемой мощности, которая не расходуется на полезную работу. В электроцепях постоянного тока понятие реактивной мощности отсутствует. В цепях переменного тока реактивная составляющая возникает только в том случае, когда присутствует индуктивная или емкостная нагрузка. В таком случае наблюдается несоответствие фазы тока с фазой напряжения. Данный сдвиг фаз между напряжением и током обозначается символом «φ». При индуктивной нагрузке в цепи наблюдается отставание фазы, при емкостной – ее опережение. Поэтому потребителю приходит только часть полной мощности, а основные потери происходят из-за бесполезного нагревания устройств и приборов в процессе эксплуатации. Потери мощности происходят из-за наличия в электрических устройствах индуктивных катушек и конденсаторов. Из-за них в цепи в течение некоторого времени происходит накопление электроэнергии. После этого запасенная энергия поступает обратно в цепь. К приборам, в составе потребляемой мощности которых имеется реактивная составляющая электроэнергии, относятся переносные электроинструменты, электродвигатели и различная бытовая техника. Эта величина рассчитывается с учетом особого коэффициента мощности, который обозначается как cos φ.
Расчет реактивной электроэнергии. 
Коэффициент мощности лежит в пределах от 0,5 до 0,9; точное значение этого параметра можно узнать из паспорта электроприбора. Полная мощность должна быть определена как частное от деления активной мощности на коэффициент. Например, если в паспорте электрической дрели указана мощность в 600 Вт и значение 0,6, тогда потребляемая устройством полная мощность будет равна 600/06, то есть 1000 ВА. При отсутствии паспортов для вычисления полной мощности прибора коэффициент можно брать равным 0,7. Поскольку одной из основных задач действующих систем электроснабжения является доставка полезной мощности конечному потребителю, реактивные потери электроэнергии считаются негативным фактором, и возрастание этого показателя ставит под сомнение эффективность электроцепи в целом.
Значение коэффициента при учете потерь. 
Чем выше значение коэффициента мощности, тем меньше будут потери активной электроэнергии – а значит конечному потребителю потребляемая электрическая энергия обойдется немного дешевле. Для того чтобы повысить значение этого коэффициента, в электротехнике используются различные приемы компенсации нецелевых потерь электроэнергии. Компенсирующие устройства представляют собой генераторы опережающего тока, сглаживающие угол сдвига фаз между током и напряжением. Для этой же цели иногда используются батареи конденсаторов. Они подключаются параллельно к рабочей цепи и используются как синхронные компенсаторы.
Расчет стоимости электроэнергии для частных клиентов. 
Для индивидуального пользования активная и реактивная электроэнергия в счетах не разделяется – в масштабах потребления доля реактивной энергии невелика. Поэтому частные клиенты при потреблении мощности до 63 А оплачивают один счет, в котором вся потребляемая электроэнергия считается активной. Дополнительные потери в цепи на реактивную электроэнергию отдельно не выделяются и не оплачиваются. Учет реактивной электроэнергии для предприятий Другое дело – предприятия и организации. В производственных помещениях и промышленных цехах установлено огромное число электрооборудования, и в общей поступаемой электроэнергии имеется значительная часть энергии реактивной, которая необходима для работы блоков питания и электродвигателей. Активная и реактивная электроэнергия, поставляемая предприятиям и организациям, нуждается в четком разделении и ином способе оплаты за нее. Основанием для регуляции отношений предприятия-поставщика электроэнергии и конечных потребителей в этом случае выступает типовой договор. Согласно правилам, установленным в этом документе, организации, потребляющие электроэнергию свыше 63 А, нуждаются в особом устройстве, предоставляющем показания реактивной энергии для учета и оплаты. Сетевое предприятие устанавливает счетчик реактивной электроэнергии и начисляет оплату согласно его показаниям.
Коэффициент реактивной энергии. 
Как говорилось ранее, активная и реактивная электроэнергия в счетах на оплату выделяются отдельными строками. Если соотношение объемов реактивной и потребленной электроэнергии не превышает установленной нормы, то плата за реактивную энергию не начисляется. Коэффициент соотношения бывает прописан по-разному, его среднее значение составляет 0,15. При превышении данного порогового значения предприятию-потребителю рекомендуют установить компенсаторные устройства.
Реактивная энергия в многоквартирных домах. 
Типичным потребителем электроэнергии является многоквартирный дом с главным предохранителем, потребляющий электроэнергию свыше 63 А. Если в таком доме имеются исключительно жилые помещения, плата за реактивную электроэнергию не взимается. Таким образом, жильцы многоквартирного дома видят в начислениях оплату только за полную электроэнергию, поставленную в дом предприятием-поставщиком. Та же норма касается жилищных кооперативов.
Частные случаи учета реактивной мощности. 
Бывают случаи, когда в многоэтажном здании имеются и коммерческие организации, и квартиры. Поставка электроэнергии в такие дома регулируется отдельными Актами. Например, разделением могут служить размеры полезной площади. Если в многоквартирном доме коммерческие организации занимают менее половины полезной площади, то оплата за реактивную энергию не начисляется. Если пороговый процент был превышен, то возникают обязательства оплаты за реактивную электроэнергию. В ряде случаев жилые дома не освобождаются от оплаты за реактивную энергию. Например, если в доме установлены пункты подключения лифтов для квартир, начисление за использование реактивной электроэнергии происходит отдельно, лишь для этого оборудования. Владельцы квартир по-прежнему оплачивают лишь активную электроэнергию.

Назад к списку

Реактивная мощность, использование и компенсация

Еже ли ток в цепи соответствует напряжению, то это называется активной мощностью, а если ток по фазе отстает либо же опережает напряжение, это называется реактивной мощностью, которая не производит полезной работы. К примеру, если в цепи постоянного тока за какой-то промежуток времени значение средней и мгновенной мощности совпадают, то отсутствует такое понятие, как реактивная мощность. Другими словами, та мощность, которая не передалась в нагрузку, таким образом, привела к потерям на излучение, а также нагрев и есть реактивная мощность. Из этого следует, что реактивная мощность, это такая величина, которая характеризует нагрузку и измеряется она в реактивных вольт-амперах (var, вар).

Компенсация и экономия реактивной мощности

Огромным экономическим эффектом будет внедрение установок компенсирующих реактивную мощность, а по данным статистов, она составляет 12–15% от выплаты за электроэнергию в разных Российских регионах. Окупается такая установка в течение года, а что касается проектированных объектов, то эксплуатирование такой конденсаторной установки дает возможность сэкономить на стоимости кабельных линий.

Причины компенсации и экономии

1. Нагрузка на силовые трансформаторы значительно уменьшается, тем самым увеличивается их срок службы.

2. За счет уменьшения нагрузки на кабеля и проводку возможно использование кабелей с меньшим сечением.

3. У электроприемников улучшается качество электроэнергии.

4. Гасится риск штрафов за снижение cos φ.

5. В сети уменьшается уровень гармоник.

6. Снижение потребления уровня электроэнергии.

Интересное видео о реактивной мощности электродвигателей:

Выводы

При использовании установки компенсирующей реактивную мощность, можно ощутить значительные финансовые выгоды. Они также способствуют на долгое время сохранить ваше оборудование в рабочем состоянии. Размещать данную установку рекомендуется около распределительного щита, тем самым присоединение их к электросети намного упрощается.

Единицы измерения мощности реактивной активной и полной

В электротехнике среди множества определений довольно часто используются такие понятия, как активная, реактивная и полная мощность. Эти параметры напрямую связаны с током и напряжением в замкнутой электрической цепи, когда включены какие-либо потребители. Для проведения вычислений применяются различные формулы, среди которых основной является произведение напряжения и силы тока. Прежде всего это касается постоянного напряжения. Однако в цепях переменного тока мощность разделяется на несколько составляющих, отмеченных выше. Вычисление каждой из них также осуществляется с помощью формул, благодаря которым можно получить точные результаты.

Формулы активной, реактивной и полной мощности

Основной составляющей считается активная мощность. Она представляет собой величину, характеризующую процесс преобразования электрической энергии в другие виды энергии. То есть по-другому является скоростью, с какой потребляется электроэнергия. Именно это значение отображается на электросчетчике и оплачивается потребителями. Вычисление активной мощности выполняется по формуле: P = U x I x cosф.

В отличие от активной, которая относится к той энергии, которая непосредственно потребляется электроприборами и преобразуется в другие виды энергии – тепловую, световую, механическую и т.д., реактивная мощность является своеобразным невидимым помощником. С ее участием создаются электромагнитные поля, потребляемые электродвигателями. Прежде всего она определяет характер нагрузки, и может не только генерироваться, но и потребляться. Расчеты реактивной мощности производятся по формуле: Q = U x I x sinф.

Полной мощностью является величина, состоящая из активной и реактивной составляющих. Именно она обеспечивает потребителям необходимое количество электроэнергии и поддерживает их в рабочем состоянии. Для ее расчетов применяется формула: S = .

Как найти активную, реактивную и полную мощность

Активная мощность относится к энергии, которая необратимо расходуется источником за единицу времени для выполнения потребителем какой-либо полезной работы. В процессе потребления, как уже было отмечено, она преобразуется в другие виды энергии.

В цепи переменного тока значение активной мощности определяется, как средний показатель мгновенной мощности за установленный период времени. Следовательно, среднее значение за этот период будет зависеть от угла сдвига фаз между током и напряжением и не будет равной нулю, при условии присутствия на данном участке цепи активного сопротивления. Последний фактор и определяет название активной мощности. Именно через активное сопротивление электроэнергия необратимо преобразуется в другие виды энергии.

При выполнении расчетов электрических цепей широко используется понятие реактивной мощности. С ее участием происходят такие процессы, как обмен энергией между источниками и реактивными элементами цепи. Данный параметр численно будет равен амплитуде, которой обладает переменная составляющая мгновенной мощности цепи.

Существует определенная зависимость реактивной мощности от знака угла ф, отображенного на рисунке. В связи с этим, она будет иметь положительное или отрицательное значение. В отличие от активной мощности, измеряемой в ваттах, реактивная мощность измеряется в вар – вольт-амперах реактивных. Итоговое значение реактивной мощности в разветвленных электрических цепях представляет собой алгебраическую сумму таких же мощностей у каждого элемента цепи с учетом их индивидуальных характеристик.

Основной составляющей полной мощности является максимально возможная активная мощность при заранее известных токе и напряжении. При этом, cosф равен 1, когда отсутствует сдвиг фаз между током и напряжением. В состав полной мощности входит и реактивная составляющая, что хорошо видно из формулы, представленной выше. Единицей измерения данного параметра служит вольт-ампер (ВА).

Пусть приемник электро­энергии присоединен к источнику синусоидального напряжения u(t) = Usin(ωt) и потребляет синусоидальный ток i(t) = I sin (ωt -φ), сдви­нутый по фазе относительно напряжения на угол φ. U и I – действующие значения. Значение мгновенной мощности на зажимах приемника определяется выражением

p(t) = u(t) ?i(t) = 2UI sin(ωt) sin (ωt -φ) = UI cos φ — UI cos (2ωt -φ) (5.1)

и является суммой двух величин, одна из которых постоянна во времени, а другая пульсирует с двойной частотой.

Среднее значение p(t) за период Т называется активной мощностью и полностью определяется первым слагаемым уравнения (5.1):

Активная мощность ха­рактеризует энергию, расходуемую необратимо источником в единицу времени на производство полезной работы потребителем. Активная энергия, потребляемая электроприёмниками, преобразуется в другие виды энергии: механическую, тепловую, энергию сжатого воздуха и газа и т. п.

Среднее значение от второго слагаемого мгновенной мощности (1.1) (пульсирует с двойной частотой) за время Т равно нулю, т. е. на ее создание не требуется каких-либо материальных затрат и поэтому она не может совершать полезной ра­боты. Однако ее присутствие указывает, что между источником и приемником происходит обратимый процесс обмена энергией. Это возможно, если имеются элементы, способные накапливать и отдавать электромагнитную энергию – емкость и индуктивность. Эта составляющая характеризует реактивную мощность.

Полную мощность на зажимах приемника в комп­лексной форме можно представить следующим образом:

. (5.2)

Единица измерения полной мощности S = UI – ВА.

Реактивная мощность – величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями (обменом) энергии между источником и приемником. Для синусоидального тока она равна произведению действующих значений тока I и напряжения U на синус угла сдвига фаз между ними: Q = UI sinφ. Единица измерения – ВАр.

Реактивная мощность не связана с полезной работой ЭП и расходуется только на создание переменных электромагнитных полей в электродвигателях, трансформаторах, аппаратах, линиях и т. д.

Для реактивной мощности приняты такие понятия, как генерация, потребление, передача, потери, баланс. Считается, что если ток отстает по фазе от напряжения (индуктивный характер нагрузки), то реактивная мощ­ность потребляется и имеет положительный знак, а если ток опережает напряжение (емкостный характер нагрузки), то реактивная мощность ге­нерируется и имеет отрицательное значение.

Основными потребителями реактивной мощности на промышленных предприятиях являются асинхронные двигатели (60–65 % общего потреб­ления), трансформаторы (20–25 %), вентильные преобразователи, реакторы, воздушные электрические сети и прочие приемники (10 %).

Передача реактивной мощности загружает электрические сети и установленное в ней оборудование, уменьшая их пропускную способность. Реактивная мощность генерируется синхронными генераторами электростанций, синхронными компенса­торами, синхронными двигателями (регулирование током возбуждения), батареями конденсаторов (БК) и линиями электропередачи.

Реактивная мощность, вырабатываемая емкостью сетей, имеет следующий порядок величин: воздушная линия 20 кВ генерирует 1 кВАр на 1 км трехфазной линии; подземный кабель 20 кВ – 20 кВАр/км; воздушная линия 220 кВ – 150 кВАр/км; подземный кабель 220 кВ – 3 МВАр/км.

Коэффициент мощности и коэффициент реактивной мощности.

Векторное представление величин, характеризующих состояние сети, приводит к представлению реактивной мощности Q вектором, перпендикулярным вектору активной мощности Р (рис. 5.2 ). Их векторная сумма дает полную мощность S.

Рис. 5.1. Треугольник мощностей

Согласно рис. 5.1 и (5.2) следует, что S 2 = Р 2 + Q 2 ; tgφ = Q/P; cosφ = P/S.

Основным нормативным показателем, характе­ризующим реактивную мощность, ранее был коэффициент мощности cosφ. На вводах, питающих промышленное предприятие, средневзвешенное значение этого коэффициента должно было находиться в пределах 0,92–0,95. Однако выбор соотношения P/S в качестве нормативного не дает четкого представления о динамике изменения реального значения реактивной мощности. Например, при изменении коэффициента мощности от 0,95 до 0,94 реактивная мощность изменяется на 10 %, а при изменении этого же коэффициента от 0,99 до 0,98 приращение реактивной мощности составляет уже 42 %. При расчетах удобнее оперировать соотношением tgφ = Q/P, которое называют коэффициентом реактивной мощности.

Предприятиям, у которых присоединенная мощность более 150 кВт (за исключением «бытовых» потребителей), определены предельные значения коэффициента реактивной мощности, потребляемой в часы больших суточных нагрузок электрической сети – с 7 до 23 часов (Приказ Министерства промышленности и энергетики РФ от 22.02.2007 г. № 49 «О порядке расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии»).

Предельные значения коэффициентов реактивной мощности (tgφ) нормируются в зависимости от положения точки (напряжения) присоединения потребителя к сети. Для напряжения сети 100 кВ tgφ = 0,5; для сетей 35, 20, 6 кВ – tgφ = 0,4 и для сети 0,4 кВ – tgφ = 0,35.

Введение новых директивных документов по компен­сации реактивной мощности было направлено на повышение эффективности работы всей системы электроснабжения от генераторов энергосистемы до приемников электроэнергии.

С введением коэффициента реактивной мощности стало возможным представлять потери активной мощности через активную или реактивную мощности: Р = (P 2 /U 2 ) R (l + tg 2 φ).

Угол между векторами мощностей Р и S соответствует углу φ между векторами активной составляющей тока Iа и полного тока I, который, в свою очередь, представляет собой векторную сумму активного тока Iа, находящегося в фазе с напряжением, и реактивного тока Iр, находящегося под углом 90° к нему. Это расположение токов является расчетным приемом, связанным с разложением на активную и реактивную мощности, которое можно считать естественным.

Большинство потребителей нуждаются в реактивной мощности, поскольку они функционируют благодаря изменению магнитного поля. Для наиболее употребительных двигателей в нормальном режиме работы можно привести следующие примерные значения tgφ.

Электродвигатели tgφ cosφ
Однофазный асинхронный двигатель 1,30–0,90 0,61–0,74
Трехфазный асинхронный двигатель 1,00–0,50 0,70–0,89
Коллекторный двигатель 1,30–1,00 0,61–0,70

В момент пуска двигателей требуется значительное количество реактивной мощности, при этом tgφ = 4–5 (cosφ = 0,2–0,24).

Синхронные машины обладают способностью потреблять или выдавать реактивную мощность в зависимости от степени возбуждения.

В синхронных генераторах и двигателях размеры цепей возбуждения ограничивают возможность поставки реактивной мощности до максимальных значений tgφ = 0,75 (cosφ = 0,8) или до tgφ = 0,5 (cosφ = 0,9) (табл. 5.1).

Синхронные двигатели, выпускаемые отечественной промышленностью, рассчитаны на опережающий коэффициент мощности (cosφ = 0,9) и при номинальной активной нагрузке Pном и напряжении Uном могут вырабатывать номинальную реактивную мощность Qном ≈ 0,5Pном.

При недогрузке СД по активной мощности β = P/Pном 1.

Преимуществом СД, используемым для компенсации реактивной мощности, по сравнению с КБ является возможность плавного регулирования генерируемой реактивной мощности. Недостатком является то, что активные потери на генерирование реактивной мощности для СД больше, чем для КБ.

Дополнительные активные потери в обмотке СД, вызываемые генерируемой реактивной мощностью в пределах изменения cosφ от 1 до 0,9 при номинальной активной мощности СД, равной Pном, кВт:

где Qном – номинальная реактивная мощность СД, кВ Ар; R – сопротивление одной фазы обмотки СД в нагретом состоянии, Ом; Uном – номинальное напряжение сети, кВ.

В системах электроснабжения промышленных предприятий КБ компенсируют реактивную мощность базисной (основной) части графиков нагрузок, а СД снижают пики нагрузок графика.

Таблица 5.1

Зависимости коэффициента перегрузки по реактивной мощности синхронных двигателей

Серия, номинальное напряжение, частота вращения двига теля Относительное напряжение на зажимах двигателя U/Uном Коэффициент перегрузки по реактивной мощности α при коэффициенте загрузки β
0,90 0,80 0,70
СДН, 6 и 10 кВ (для всех частот вращения) СДН, 6 кВ: 600–1000 об/мин 370–500 об/мин 187–300 об/мин 100–167 об/мин СДН, 10 кВ: 1000 об/мин 250–750 об/мин СТД, 6 и 10 кВ, 3000 об/мин СД и СДЗ, 380 В (для всех частот вращения) 0,95 1,00 1,05 1,10 1,10 1,10 1,10 1,10 1,10 0,95 1,00 1,05 1,10 0,95 1,00 1,05 1,10 1,31 1,21 1,06 0,89 0,88 0,86 0,81 0,90 0,86 1,30 1,32 1,12 0,90 1,16 1,15 1,10 0,90 1,39 1,27 1,12 0,94 0,92 0,88 0,85 0,98 0,90 1,42 1,34 1,23 1,08 1,26 1,24 1,18 1,06 1,45 1,33 1,17 0,96 0,94 0,90 0,87 1,00 0,92 1,52 1,43 1,31 1,16 1,36 1,32 1,25 1,15

Синхронные компенсаторы.

Разновидностью СД являются синхронные компенсаторы (СК), которые представляют собой СД без нагрузки на валу. В настоящее время выпускается СК мощностью выше 5000 кВ?Ар. Они имеют ограниченное применение в сетях промышленных предприятий. Для улучшения показателей качества напряжения у мощных ЭП с резкопеременной, ударной нагрузкой (дуговые печи, прокатные станы и т. п.) используются СК.

Статические тиристорные компенсирующие устройства.

В сетях с резкопеременной ударной нагрузкой на напряжении 6–10 кВ рекомендуется применение не конденсаторных батарей, а специальных быстродействующих источников реактивной мощности (ИРМ), которые должны устанавливаться вблизи таких ЭП. Схема ИРМ приведена на рис. 5.2. В ней в качестве регулируемой индуктивности используются индуктивности LR и нерегулируемые ёмкости С1–С3.

Рис. 5.2. Быстродействующие источники реактивной мощности

Регулирование индуктивности осуществляется тиристорными группами VS, управляющие электроды которых подсоединены к схеме управления. Достоинствами статических ИРМ являются отсутствие вращающихся частей, относительная плавность регулирования реактивной мощности, выдаваемой в сеть, возможность трёх- и четырёхкратной перегрузки по реактивной мощности. К недостаткам относится появление высших гармоник, которые могут возникнуть при глубоком регулировании реактивной мощности.

За счет дополнительных потерь мощности в сети, вызванных потреблением реактивной мощности, увеличивается общее потребление электроэнергии. Поэтому снижение перетоков реактивной мощности является одной из основных задач эксплуатации электрических сетей.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студента самое главное не сдать экзамен, а вовремя вспомнить про него. 10099 — | 7532 — или читать все.

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

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:

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 = √ (S 2 – Q 2 ) или

P =√ (ВА 2 – вар 2 ) или

Активная мощность = √ (Полная мощность 2 – Реактивная мощность 2 ) или

кВт = √ (кВА 2 – квар 2 )

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

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.

Формулы для реактивной мощности

Реактивная мощность = √ (Полная мощность 2 – Активная мощность 2 )

квар = √ (кВА 2 – кВт 2 )

Полная мощность (S)

Полная мощность – это произведение напряжения и тока при игнорировании фазового угла между ними. Вся мощность в сети переменного тока (рассеиваемая и поглощаемая/возвращаемая) является полной.

Комбинация реактивной и активной мощностей называется полной мощностью. Произведение действующего значения напряжения на действующее значение тока в цепи переменного тока называется полной мощностью.

Она является произведением значений напряжения и тока без учёта фазового угла. Единицей измерения полной мощности (S) является ВА, 1 ВА = 1 В х 1 А. Если цепь чисто активная, полная мощность равна активной мощности, а в индуктивной или ёмкостной схеме (при наличии реактивного сопротивления) полная мощность больше активной мощности.

Формула для полной мощности

Полная мощность = √ (Активная мощность 2 + Реактивная мощность 2 )

kUA = √(kW 2 + kUAR 2 )

Следует заметить, что:

  • резистор потребляет активную мощность и отдаёт её в форме тепла и света.
  • индуктивность потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме магнитного поля.
  • конденсатор потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме электрического поля.

Все эти величины тригонометрически соотносятся друг с другом, как показано на рисунке:

Единицы измерения мощности кВт и кВА

В характеристиках часто указываются обе единицы измерения мощности (кВт и кВа), но не каждый знает, что они обозначают:

  • кВа – полная мощность оборудования;
  • кВт – активная мощность оборудования;

По сути, это одно и то же и говоря языком потребителя: кВт – нетто (полезная мощность), а кВа брутто (полная мощность).

1 кВт = 1.25 кВА

1 кВА = 0.8 кВт

Для того, чтобы перевести кВа в кВт, требуется от кВа отнять 20% и получится кВт с малой погрешностью, которую можно не учитывать.

К примеру, чтобы мощность 400кВа перевести в кВт, необходимо 400кВа*0,8=320кВт или 400кВа-20%=320кВт.

Мощность — физическая величина, равная отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени. В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения мощности является ватт, равный одному джоулю в секунду.

Мощность бывает полная, реактивная и активная.

  • S – полная мощность измеряется в кВА (килоВольтАмперах)
  • A – активная мощность измеряется в кВт (килоВаттах)
  • P – реактивная мощность измеряется в кВар (килоВарах)

кВА характеризует полную электрическую мощность, имеющую принятое буквенное обозначение по системе СИ – S: это геометрическая сумма активной и реактивной мощности, находимая из соотношения: S=P/cos(ф) или S=Q/sin(ф).

кВт характеризует активную потребляемую электрическую мощность, имеющую принятое буквенное обозначение P: это геометрическая разность полной и реактивной мощности, находимая из соотношения: P=S*cos(ф).

Активную мощность можно описать как часть полной мощности, затрачиваемую на совершение полезного действия электрическим аппаратом. В отличие от активной мощности, реактивная мощность не выполняет «полезной» работы при работе электрического аппарата (расходование части энергии на переходные процессы, потери на перемагничение).

Коэффициент мощности, косинус «фи»
Косинус «фи» — это отношение средней мощности переменного тока к произведению действующих значений напряжения и тока. В случае синусоидального переменного тока, коэффициент мощности равен косинусу угла сдвига фаз между синусоидами напряжения и тока и определяется параметрами цепи: Сos ф = r/Z, где ф («фи») — угол сдвига фаз, r — активное сопротивление цепи, Z — полное сопротивление цепи. Коэффициент мощности — это соотношение активной и полной энергий:

Коэффициент мощности (Сos φ = Активная мощность/Полная мощность = P/S (Вт/ВА), потребляемых нагрузкой. 

Типовые значения коэффициента мощности: 
1.00 — идеальное значение; 
0.95 — хороший показатель; 
0.80 — средний показатель современных электродвигателей;
0.70 — низкий показатель;

Видео

Измерение реактивной мощности — однофазный и многофазный вариметр

Мощность, которая существует в цепи, когда напряжение и ток не совпадают по фазе друг с другом, такой тип мощности известен как реактивная мощность. Формула измеряет реактивную мощность в цепи

Измерение реактивной мощности важно, поскольку значение реактивной мощности показывает общую потерю мощности в цепи. Если значение реактивной мощности низкое, коэффициент мощности нагрузки становится меньше, и в системе происходит больше потерь.Электрическая система классифицируется по количеству фаз, используемых в цепи, и в соответствии с этими фазами вариметр делится на два типа.

  1. Однофазный варрнетер
  2. Многофазный варметр

Однофазный вариометр

Реактивная мощность однофазной цепи измеряется вариметром (вольт-ампер-реактивным измерителем). Варметр — это тип ваттметра электродинамометра, в котором катушка давления измерителя сделана высокоиндуктивной.Термин «высокоиндуктивный» означает, что напряжение катушек давления отстает под углом 90 ° от напряжения катушки тока.

Ток, который проходит через токовую катушку, является током нагрузки. Ток нагрузки имеет разность фаз 90 ° относительно напряжения питания и определяется уравнением, показанным ниже.

Принципиальная схема однофазного вариметра показана на рисунке ниже.

Однофазный варметр дает неверный результат из-за наличия гармоник.Если варметр измеряет показания с частотой, отличной от той, которую мы использовали во время калибровки, то варметр также дает неточный результат.

Многофазный варметр

Реактивная мощность существует в цепи из-за сдвига фаз между напряжением и током. И этот фазовый сдвиг получается от фазовращающего трансформатора. Фазовращающий трансформатор состоит из двух трансформаторов разомкнутой цепи, которые соединены по схеме разомкнутого треугольника.Катушка тока подключена последовательно с линией. Катушка давления подключена к общим клеммам обоих автотрансформаторов.

57,7%, 100% и 115,4% показывают отключение автотрансформатора. Автотрансформатор показывает максимальное линейное напряжение 115,4%. Катушка давления одного из ваттметров подключена к отводу автотрансформатора 115,4%, а другой — к 57,7%.

Напряжение создает катушка давления ваттметра, равная линейному напряжению, но у них фазовый сдвиг составляет 90º.Точно так же катушка давления ваттметра 2 имеет разность фаз 90º. Арифметические показания обоих ваттметров дают общую реактивную мощность цепи.

Измерение реактивной мощности в симметричной трехфазной цепи

Метод одного ваттметра используется для измерения мощности симметричной трехфазной цепи. Катушка тока ваттметра подключена к одной фазе, а катушка давления подключена к другой фазе линии.

Пропустить ток через токовую катушку — I 2

Напряжение на катушке давления — В 13

Суммарные реактивные вольт-амперы цепи

Фазовый угол

Измерение реактивной мощности — нарушение напряжения

Реактивная мощность — это мощность, необходимая индуктивным устройствам (двигателям, трансформаторам и т. Д.).) в энергосистеме для создания магнитного поля, необходимого для ее работы. Магнитное поле очень необходимо для работы этих устройств, однако оно не способствует полезной работе (ватт).
Единица измерения реактивной мощности — варс. Строго говоря, реактивная мощность не «используется», она просто циркулирует между потребителями реактивной мощности (двигателями, трансформаторами и т. Д.) И генераторами реактивной мощности (конденсаторы и т. Д.).
На тему реактивной мощности написаны сотни статей, и читателю рекомендуется обратиться к этим статьям, если он не знаком с реактивной мощностью.Мы обсудим, как
измерить реактивную мощность .

Как измерить реактивную мощность?
Большинство из нас знает основы реактивной мощности, однако многие не знакомы с различными практическими методами измерения реактивной мощности. Ниже приведены некоторые практические методы измерения реактивной мощности
.
  1. Использование измерителя мощности
  2. Использование измерителя качества электроэнергии
    • Прямое отображение реактивной мощности с помощью счетчика
    • Использование отображения формы волны
    • Использование PF, кВт
    • Использование вектора
1.Использование измерителя мощности
Это просто. Если измеритель мощности может отображать реактивную мощность, то значение можно будет считать прямо из измерителя. Для измерителя мощности потребуется трехфазный (или однофазный, в зависимости от случая) ввод напряжения и тока.
Полярность ТТ и подключение к измерителю очень важны, поскольку неправильная полярность ТТ / ТН приведет к неточным результатам.
2. Использование измерителя качества электроэнергии
Используя измеритель качества электроэнергии или регистратор данных, мы можем рассчитать реактивную мощность, подаваемую на нагрузку.Есть несколько способов сделать это:
Данные счетчика:
Многие счетчики предоставляют данные о реактивной мощности, если подключены каналы напряжения и тока. Опять же, полярность трансформатора тока и правильное направление тока важны для получения точных результатов.

Измеритель качества электроэнергии, показывающий реактивную мощность

Из формы волны:
Реактивную мощность можно рассчитать путем вычисления разности фаз между сигналами напряжения и тока.Самый простой способ сделать это — измерить разницу во времени между положительным пиком напряжения и положительным пиком тока, как показано на рисунке ниже.
Форма кривой коэффициента мощности с запаздыванием

Форма кривой напряжения и тока с запаздыванием напряжения тока (I) (В)

Форма сигнала опережающего коэффициента мощности

Форма кривой напряжения и тока с опережающим напряжением тока (I) (В)

После вычисления разницы во времени (в миллисекундах) используйте следующий калькулятор для вычисления разности фазового угла.

В калькуляторе используется следующая формула:
Где θ — разность фаз [Power Factor Angle] в градусах
f — системная частота
Δt — временная задержка между кривой напряжения и тока
Как только угол коэффициента мощности известен, нам нужно знать еще один параметр для расчета реактивной мощности.Этим параметром может быть кВт или кВА.
Использование угла коэффициента мощности (θ) и киловатт (кВт) или кВА:
Если угол коэффициента мощности и нагрузка кВт известны, то реактивная мощность, используемая нагрузкой, может быть рассчитана с использованием приведенной ниже формулы реактивной мощности.

Если известны коэффициент мощности и нагрузка, кВА, то реактивная мощность, используемая нагрузкой, может быть рассчитана с использованием приведенной ниже формулы реактивной мощности.

Где θ — угол коэффициента мощности.Обратите внимание, что коэффициент мощности — это косинус угла коэффициента мощности.
Использование векторов:
Векторная диаграмма, показывающая напряжение и ток, может использоваться для расчета потребности в реактивной мощности. На векторной диаграмме необходимо измерить угол θ между напряжением и током.

Использование векторной диаграммы для измерения реактивной мощности

Как только угол между напряжением и током известен, нам нужны дополнительные данные для расчета реактивной мощности. Дополнительные данные могут быть кВт или кВА.
Если известно значение кВт, то реактивная мощность (квар) может быть рассчитана по формуле:

Если известно значение кВА, то реактивная мощность (кВАр) может быть рассчитана по формуле:

Не забудьте умножить на три, если однофазные расчеты выполняются для трехфазной системы.

11.2: Истинная, реактивная и полная мощность

Реактивная мощность

Мы знаем, что реактивные нагрузки, такие как катушки индуктивности и конденсаторы, рассеивают нулевую мощность, но тот факт, что они понижают напряжение и потребляют ток, создает обманчивое впечатление, что они на самом деле рассеивают мощность.Эта «фантомная мощность» называется реактивной мощностью и измеряется в единицах, называемых вольт-ампер-реактивная мощность (ВАР), а не в ваттах. Математическим обозначением реактивной мощности является (к сожалению) заглавная буква Q.

.

Истинная сила

Фактическая мощность, используемая или рассеиваемая в цепи, называется истинной мощностью и измеряется в ваттах (как всегда, обозначается заглавной буквой P).

Полная мощность

Комбинация реактивной мощности и истинной мощности называется кажущейся мощностью , и она является произведением напряжения и тока цепи без привязки к фазовому углу.Полная мощность измеряется в единицах вольт-ампер, (ВА) и обозначается заглавной буквой S.

Расчет реактивной, истинной или полной мощности

Как правило, истинная мощность является функцией рассеивающих элементов схемы, обычно сопротивления (R). Реактивная мощность зависит от реактивного сопротивления цепи (X). Полная мощность — это функция полного сопротивления цепи (Z). Поскольку для расчета мощности мы имеем дело со скалярными величинами, любые комплексные начальные величины, такие как напряжение, ток и импеданс, должны быть представлены их полярными величинами , а не действительными или мнимыми прямоугольными составляющими.Например, если я вычисляю истинную мощность по току и сопротивлению, я должен использовать полярную величину для тока, а не просто «реальную» или «мнимую» часть тока. Если я рассчитываю полную мощность по напряжению и импедансу, обе эти ранее комплексные величины должны быть уменьшены до их полярных величин для скалярной арифметики.

Существует несколько уравнений мощности, связывающих три типа мощности с сопротивлением, реактивным сопротивлением и импедансом (все с использованием скалярных величин):

Обратите внимание, что существует два уравнения для расчета истинной и реактивной мощности.Для расчета полной мощности доступны три уравнения, P = IE используется для только для этой цели. Изучите следующие схемы и посмотрите, как эти три типа мощности взаимосвязаны: чисто резистивная нагрузка на рисунке ниже, чисто реактивная нагрузка на рисунке ниже и резистивная / реактивная нагрузка на рисунке ниже.

Только резистивная нагрузка

Истинная мощность, реактивная мощность и полная мощность для чисто резистивной нагрузки.

Только реактивная нагрузка

Истинная мощность, реактивная мощность и полная мощность для чисто реактивной нагрузки.

Активная / реактивная нагрузка

Истинная мощность, реактивная мощность и полная мощность для резистивной / реактивной нагрузки.

Треугольник власти

Эти три типа мощности — истинная, реактивная и полная — связаны друг с другом в тригонометрической форме. Мы называем это треугольником мощности : (рисунок ниже).


Треугольник мощности, связывающий кажущуюся мощность с реальной и реактивной мощностью.

Используя законы тригонометрии, мы можем найти длину любой стороны (количество любого типа мощности), учитывая длины двух других сторон или длину одной стороны и угол.

Обзор

  • Мощность, рассеиваемая нагрузкой, обозначается как истинная мощность . Истинная мощность обозначается буквой P и измеряется в ваттах (Вт).
  • Мощность, просто поглощаемая и возвращаемая нагрузкой из-за ее реактивных свойств, обозначается как реактивной мощности .Реактивная мощность обозначается буквой Q и измеряется в вольт-амперных реактивных единицах (ВАР).
  • Полная мощность в цепи переменного тока, как рассеиваемая, так и поглощенная / возвращаемая, обозначается как полная мощность . Полная мощность обозначается буквой S и измеряется в вольт-амперах (ВА).
  • Эти три типа мощности тригонометрически связаны друг с другом. В прямоугольном треугольнике P = смежная длина, Q = противоположная длина и S = ​​длина гипотенузы.Противоположный угол равен фазовому углу импеданса цепи (Z).

Измерение реактивной мощности в однофазных и трехфазных цепях

Когда в цепи присутствует индуктивность и емкость. Из-за способности накапливать энергию катушки индуктивности и конденсатора это приводит к смещению по фазе напряжения и тока. Чтобы преодолеть этот фазовый сдвиг, необходима дополнительная мощность, известная как реактивная мощность. Он обозначается Q и выражается в реактивных вольт-амперах (VAR).Формула для реактивной мощности имеет следующий вид:

Q = VI sin φ

Измерение реактивной мощности часто необходимо для определения характера нагрузки и измерения коэффициента мощности. Посмотрим на измерение реактивной мощности в однофазных и трехфазных цепях.


Измерение реактивной мощности в однофазной цепи:

Однофазный варметр (вольт-амперный реактивный счетчик) используется для измерения реактивной мощности в однофазных цепях.По сути, это электродинамический прибор, в котором катушка напряжения выполнена с высокоиндуктивным реактивным сопротивлением, т. Е. Путем замены сопротивления катушки напряжения на катушку индуктивности. Ниже показана принципиальная схема однофазного вариметра.

Из-за индуктивности ток в катушке напряжения находится в квадратуре с ее напряжением (т. Е. Ток отстает на 90 ° от напряжения). Это приводит к тому, что измеритель показывает:

VI cos ( φ — 90 °) = VI sin φ = Q

Недостатком однофазного вариметра является то, что ошибки вносятся из-за наличия гармоник и когда инструмент работает не на той частоте, на которую он настроен.Также его нельзя использовать в схемах, работающих под высоким напряжением.

Измерение реактивной мощности в трехфазной цепи:

Трехфазная сбалансированная нагрузка:

В трехфазных цепях, когда подключены сбалансированные нагрузки, измеренная реактивная мощность будет одинаковой во всех фазах. Следовательно, для измерения реактивной мощности требуется только один ваттметр.

Для измерения реактивной мощности катушка тока вставляется в любую одну фазу, а катушка напряжения подключается к оставшимся двум фазам, как показано ниже.

Допустим, катушка давления подключена между фазами R и B, а катушка тока вставлена ​​в фазу Y.

Пусть,
  • В R , В Y , В B = действующее значение напряжений в фазах R, Y, B соответственно
  • I R , I Y , I B = действующее значение токов в фазах R, Y, B соответственно
  • φ = фазовый угол между соответствующими напряжением и током.

Теперь для сбалансированной нагрузки у нас есть

V R = V Y = V B = V L = √3V P (соединение звездой)

и I R = I Y = I B = I L = I P (соединение звездой)

Следовательно, реактивная мощность или показание ваттметра на фазу является произведением напряжения, тока и косинуса угол между ними i.е.,

Q = V L I L cos φ

Q = √3V P I P cos φ

Но, судя по векторной диаграмме, угол между напряжением катушки давления и ток катушки 90 + φ. Следовательно, Следовательно, полная реактивная мощность = 3 В P I P sinφ = -√3 × Q, а фазовый угол φ определяется как

Трехфазная несимметричная нагрузка:

В трехфазных цепях, когда подключены несимметричные нагрузки, реактивная мощность, измеренная в каждой фазе, будет разной.Следовательно, реактивная мощность в несимметричных нагрузках определяется с использованием метода двух ваттметров и метода трех ваттметров.


Для условий сбалансированной нагрузки реактивная мощность задается как

Q = 3 VI sin φ

Приведенное выше уравнение немного отличается для несимметричных нагрузок. В сбалансированных нагрузках мгновенное качество равно реактивной мощности. Но при несимметричных нагрузках реактивная мощность будет равна ее средней мощности. Реактивная мощность при несимметричных нагрузках определяется как,

Нижние индексы 1, 2 и 0 указывают компоненты прямой, обратной и нулевой последовательности соответственно.

Ознакомьтесь со своим измерителем мощности — что такое реальная, полная и реактивная мощность

Первое — простой вопрос

Верно или нет? Мощность = Напряжение x Ток. Это утверждение верно для систем постоянного тока, но для систем переменного тока есть две основные сложности.
  • Значение тока и напряжения постоянно меняется. Какое значение вы используете?
  • Напряжение и ток могут не совпадать по фазе. Умножение тока и напряжения, когда они не совпадают по фазе, требует регулировки для компенсации фазы.Именно этот фазовый сдвиг заставляет нас определять реальную, полную и реактивную мощность.
  • Этот фазовый сдвиг происходит, когда источник питания питает индуктивную или емкостную нагрузку ». Большинство нагрузок являются индуктивными (двигатели) или резистивными (нагреватели), поэтому сдвиг фаз обычно в одном направлении.
  • Двигатель имеет обмотку. Обмотанный проводник по существу определяет индуктор. Таким образом, обмотка представляет собой сопротивление намотанного провода и индуктивность обмотки.

RMS или эффективное значение

Пиковые значения на кривых переменного напряжения или тока сохраняются лишь на короткое время.Они не совсем отражают способность напряжения и тока выполнять работу и поэтому не используются в расчетах мощности. Ученые используют статистический метод для определения эффективных значений. Это называется среднеквадратичным или среднеквадратичным значением. Результатом определения является следующее: Veff / rms = 0,707 x V пик. То же самое относится и к току. СОВЕТ: вы можете разумно предположить, что все напряжения и токи, сообщаемые измерителем мощности, представлены как среднеквадратические или эффективные значения, если не указано иное. .

СОВЕТ: Большинство мультиметров сообщают среднеквадратичные значения

Полная мощность

Полная мощность — это мощность, передаваемая источником питания такой нагрузке, как двигатель. Практически во всех реальных ситуациях, когда используется переменный ток, вам необходимо подавать на устройство больше энергии (кажущаяся мощность), чем оно будет работать (реальная мощность). (Векторная) разница между ними представляет работу, проделанную для преодоления индуктивной и возможности воздействия нагрузки.Полная мощность измеряется в ВА — Вольт-амперах. На самом деле это ватты, но мы используем новое название единицы, чтобы избежать путаницы. Таким образом, когда вы видите ВА на листе технических данных, вы можете сделать разумный вывод, что речь идет о полной мощности. Полная мощность рассчитывается: S (общий символ для полной мощности) = Veff / rms x Ieff / rms — однофазный расчет

Коэффициент мощности и фаза

Коэффициент мощности рассчитывается: PF = косинус (фазовый угол в радианах) Коэффициент мощности не имеет технических единиц.Значение PF находится в диапазоне от -1 до 0 до 1 (запаздывание — без опережения). Нагрузки, которые представляют только резистивную нагрузку (без емкости или индуктивности), имеют коэффициент мощности, равный 1. Индуктивные нагрузки

Фаза тока отстает от номинального напряжения — Трансформаторы и двигатели (намотанные проводники)

Емкостная нагрузка


Фаза тока соответствует типичному напряжению — скрытые кабели, конденсаторные батареи Нет ничего «плохого» в том, что коэффициент мощности не равен 1.0.

Реальная мощность и реактивная мощность

Думайте о реальной мощности как о полезной мощности — мера того, сколько работы выполняется. Единицы реальной мощности — ватты. Реальная мощность рассчитывается: P (реальная) = S (кажущаяся мощность) x pf реактивная мощность это (векторная) разница между кажущейся мощностью и реальной мощностью. Энергия, используемая для производства реактивной мощности, сохраняется в магнитном / электрическом поле индуктивной нагрузки.В случае емкостной нагрузки магнитное / электрическое поле индуктивной нагрузки создает реактивную мощность. Реактивную мощность нельзя использовать для полезной работы. Реактивная мощность обозначается символом: Q

Технические единицы реактивной мощности — VAR — вольт-амперы реактивной мощности. Это также ватты, но мы используем VAR, чтобы знать, что мы говорим о реактивной мощности.

Диаграмма: измерение СКЗ

Диаграмма: вперед / назад

THD — Общее гармоническое искажение (также называемое искажением)

Проще говоря, THD — это мера искажения, выраженная в%.Если устройству (любому активному устройству, но представьте себе выпрямители, приводы с регулируемой скоростью … как практические примеры) подается синусоидальная волна на входе, выход никогда не будет точным 100% воспроизведением входа. Серия гармоник исходной волны искажает исходную форму волны. THD% — это попытка «пронумеровать» степень искажения для сравнения. Число% несколько спорно, потому что некоторые гармоники более важны, чем другие, и нет никакого взвешивания.
THD (%) = 100 * SQRT [(V22 + V32 + V42 +… + Vn2)] / Vt Где V2, V3 — среднеквадратичные значения каждой гармоники напряжения, а Vt — полное среднеквадратичное выходное напряжение.

Провисание / вздутие или провал / скачок

Продолжительность 0,5 цикла и более. Провалы напряжения — это наиболее частые нарушения питания. Провалы напряжения могут исходить от электросети. В большинстве случаев провисания возникают внутри здания. Например, в бытовой электропроводке наиболее частой причиной провалов напряжения является пусковой ток, потребляемый двигателями холодильника и кондиционера. Мешки обычно не мешают работе ламп накаливания или люминесцентного освещения.двигатели или обогреватели. Однако у некоторого электронного оборудования отсутствует достаточный внутренний накопитель энергии, и поэтому оно не может выдерживать провалы напряжения питания. Оборудование может выдерживать очень короткие глубокие провалы или более длинные, но более мелкие провалы.

Пониженное / повышенное напряжение

Перенапряжение — это увеличение эффективного напряжения более чем на 110% в течение более одной минуты. Пониженное напряжение — это снижение эффективного напряжения до менее 90% в течение более одной минуты.Будьте осторожны с этим определением, потому что оно имеет тенденцию меняться от поставщика к поставщику.

Переходные напряжения / скачки / скачки

Относится к кратковременным (менее 1 цикла) событиям. Низкочастотные переходные процессы часто называют «переходными процессами при переключении конденсаторов». Высокочастотные переходные процессы часто называют импульсами, пиками или скачками. Они могут быть вызваны включением разряженного конденсатора коррекции коэффициента мощности через линию.Высокочастотные переходные процессы вызываются молнией и отключением индуктивных нагрузок. Типичное время нарастания порядка микросекунды; типичные времена затухания составляют от десятков до сотен микросекунд. Часто затухание представляет собой экспоненциально затухающую форму звонка с частотой примерно 100 кГц. Чрезвычайно быстрые переходные процессы, или EFT, имеют время нарастания и спада в наносекундной области. Они вызываются дуговыми замыканиями, такими как неисправные щетки в двигателях, и быстро гасятся даже несколькими метрами распределительной проводки.Стандартные сетевые фильтры, входящие в комплект почти всего электронного оборудования, устраняют EFT.

измерений мощности | Спектр

Введение

Измерения мощности в сети обычно требуются для оценки характеристик устройств или цепей. Модульные дигитайзеры могут выполнять такие измерения мощности. Дигитайзеры — это измерительные приборы, реагирующие на напряжение. Они также могут измерять ток с помощью подходящих токовых пробников или токовых шунтов. Затем получение тока и напряжения приводит к вычислению мощности на основе произведения полученных форм тока и напряжения.Мощность — это скорость передачи энергии в цепи, которая описывается рядом атрибутов, таких как реальная, полная, реактивная и мгновенная мощность. В этом примечании к применению будет рассмотрено выполнение основных измерений мощности в цепях и устройствах переменного тока с использованием модульного дигитайзера.

Основные измерения мощности

Мгновенная мощность рассчитывается как произведение приложенного напряжения и тока. Реальная мощность (P) — это среднее или среднее значение мгновенной мощности, измеренной в ваттах.Цепи, содержащие реактивные элементы (катушки индуктивности или конденсаторы), могут накапливать энергию и обратный поток мощности, так что мощность течет от нагрузки обратно к источнику. Это реактивная мощность (R), измеряемая в единицах реактивной мощности вольт-амперах или вар. Векторная сумма реальной и реактивной мощности называется полной или полной мощностью, как показано на рисунке 1.

Полная мощность (S) может быть вычислена как произведение действующего или среднеквадратичного напряжения и действующего или среднеквадратичного тока. Единицы полной мощности — вольт-амперы (ВА).Угол (), заключенный между векторами реальной и полной мощности Θ, представляет собой разность фаз между формами сигналов тока и напряжения. Косинус этого угла, отношение реальной мощности к полной мощности называется коэффициентом мощности (pf).

pf = cos (Θ) = PS

Если устройство является чисто резистивным, формы сигналов тока и напряжения совпадают по фазе, полная и активная мощность равны, а коэффициент мощности равен единице. По мере увеличения реактивной составляющей коэффициент мощности уменьшается.

Измерение напряжения линии

Для измерения напряжения требуются пробники. Обычный осциллограф, пробники с высоким сопротивлением можно использовать с дигитайзером. Возможность масштабирования данных вертикального напряжения для учета пробников очень полезна. Поскольку для большинства измерений мощности требуются измерения линейного (сетевого) напряжения, лучше всего проводить эти измерения по-разному, чтобы избежать проблем с заземлением, связанных с несимметричными пробниками. Дигитайзер должен принимать два входных сигнала датчиков и вычислять разницу.В качестве альтернативы, напряжение на горячей и нейтральной линиях может быть получено отдельно и вычтено с помощью вычислений формы сигнала. Если имеется дифференциальный зонд, его также можно использовать.

Измерительная линия тока

Самый удобный метод измерения тока — использовать соответствующий токовый пробник. Убедитесь, что любой токовый пробник, который вы используете, имеет элементы управления отдельно от измерительного прибора. Выходной сигнал датчика тока можно подавать на канал дигитайзера с соответствующим масштабированием для отображения сигналов от датчика в единицах тока.

Выбор дигитайзера

Большинство измерений линейной частоты выполняется на основных частотах от 50 до 400 Гц, поэтому требования к полосе пропускания дигитайзера не очень высоки. Если есть интерес к проведению испытаний на кондуктивную эмиссию, то будет полезна возможность учесть до 40-й гармоники основной гармоники мощности без значительных потерь. Это поставит требования к полосе пропускания примерно на 20 кГц или больше.

Дигитайзер должен иметь достаточное разрешение по амплитуде для воспроизведения гармоник высших порядков линии электропередачи, 12–16 бит будет достаточно.

Количество каналов зависит от того, предназначены ли односторонние или дифференциальные измерения. Дифференциальные измерения объединяют два канала для каждого измерения. Для однофазного линейного измерения четыре входных канала дают два дифференциальных канала. Для трехфазных измерений на каждой фазе требуется шесть или более каналов. Если предположить, что три канала дифференциального напряжения и три несимметричных канала тока, то потребуется девять каналов. Поскольку большинство дигитайзеров предлагают от одного до шестнадцати каналов в двоичной последовательности (1/2/4/8/16), вам следует выбрать следующее большее количество каналов для выполнения задачи измерения.

Частота дискретизации, как и полоса пропускания, должна в четыре или пять раз превышать требуемую полосу пропускания.

В таблице 1 приведены некоторые рекомендации по выбору дигитайзеров спектра или дигитайзеров моделей NETBOX

Таблица 1: Дигитайзер и дигитайзер спектра Семейства NETBOX, наиболее совместимые с измерениями мощности в линии
Семейство моделей Интерфейс каналов Вход канала Пропускная способность Максимальная частота дискретизации
M2i.47xx PCIe, PCI 8, 16 несимметричный 0,5 МГц 1,33 МС / с
M2i.46xx PCIe, PCI 2, 4, 8 Односторонний
Дифференциальный
0,1, 0,5, 1,5 МГц 0,2, 1, 3 Мвыб / с
M2i.49xx PCIe, PCI 2, 4, 8 Односторонний
Дифференциальный
5, 15, 30 МГц 10, 30, 60 Мвыб / с
DN2.46x LXI, LAN 4, 8, 16 Односторонний
Дифференциальный
0,1, 0,5, 1,5 МГц 0,2, 1, 3 Мвыб / с
DN2.49x LXI, LAN 4, 8, 16 Односторонний
Дифференциальный
5, 30 МГц 10, 60 Мвыб / с

Пример измерения однофазной мощности

В следующем примере измеряется мощность, необходимая небольшому охлаждающему вентилятору с сетевым питанием.Измерения проводились с использованием дигитайзера NETBOX модели DN2.496.04 с 4 аналоговыми каналами, разрешением 16 бит, частотой дискретизации 60 Мвыб / с и полосой пропускания 30 МГц. Токовый пробник Tektronix модели P6042 и пара пассивных пробников осциллографа использовались для регистрации осциллограмм тока и напряжения. Были измерены линейный ток и линейное напряжение. Линейное напряжение измерялось дифференциально, так что ни горячий, ни нейтральный провод линии электропередачи не был заземлен.

На рис. 2 показаны результаты измерения, полученные с помощью программного обеспечения Spectrum SBench 6, которое используется для управления и обработки полученных данных.

Входное напряжение измеряется по-разному с помощью двух пассивных пробников, подключенных к каналам Ch3 и Ch4. Каналы объединены и отображаются как канал Ch3 в верхней центральной сетке. Показания масштабируются, чтобы отразить затухание зондов. Ток, отражающий выходной сигнал токового пробника, появляется в канале Ch0 в нижней центральной сетке. Эти данные также масштабируются по чувствительности токового щупа, поэтому они читаются в вертикальных единицах ампер. Пиковое и эффективное (среднеквадратичное) значения как тока, так и напряжения отображаются в информационной панели слева от рисунка.

Мгновенная мощность вычисляется с использованием аналогового вычисления SBench 6 для умножения форм сигналов тока и напряжения. Мощность отображается в крайней левой сетке. Пиковое значение и среднее значение мощности также перечислены на панели «Информация». Среднее значение мгновенной мощности представляет реальную мощность и записывается как 6,6 Вт.

Полная мощность вычисляется как произведение действующих значений линейного тока и напряжения. На основании измеренных значений (121.5 В и 63,2 мА) полная мощность составляет 7,68 ВА.
Это позволяет нам вычислить коэффициент мощности как 0,86. Наблюдая за горизонтально увеличенным изображением формы волны тока и напряжения в двух крайних правых сетках, мы можем видеть, что форма волны напряжения (вверху справа) опережает форму волны тока, указывающую на индуктивную характеристику. Курсоры, отмечающие пересечение нуля с положительным наклоном, показывают, что форма сигнала напряжения опережает сигнал тока на 1,44 мс. Это соответствует сдвигу фазы на 31 градус.Это также можно рассчитать как cos-1 (pf) или 30,68 градуса. Расчет на основе коэффициента мощности более точен, поскольку он не страдает от неопределенностей размещения курсора.

Линейные гармоники

Получив кривые тока и напряжения, мы можем расширить анализ до частотной области. На Рисунке 3 показаны средние спектры сигналов линейного тока (нижний левый) и линейного напряжения (верхний левый):
В спектре линейного напряжения больше, гармоники высшего порядка.Гармоники нечетного порядка являются наиболее заметными. Текущий спектр имеет более низкую общую гармоническую составляющую, но в нем также преобладают нечетные гармоники.

Трехфазное питание

Трехфазная электрическая энергия — это тип многофазной системы распределения электроэнергии переменного тока для производства, передачи и распределения электроэнергии. Он используется для питания больших двигателей и других тяжелых электрических нагрузок. Трехфазная система обычно более экономична, чем эквивалентная однофазная или двухфазная система при аналогичных уровнях напряжения, поскольку в ней используется меньше проводящего материала для передачи электроэнергии.Однофазный источник питания переменного тока требует двух проводов, трехфазный источник может передавать в три раза больше мощности, используя только один дополнительный провод. Это означает, что увеличение стоимости передачи на 50% дает увеличение передаваемой мощности на 200%.

Терминология трехфазного подключения

Трехфазные соединения, такие как трехфазные двигатели, показанные на рисунке 4, подключаются по схеме WYE (верхняя схема) или ТРЕУГОЛЬНИК (нижняя схема).

Напряжения Van, Vbn и Vcn в соединении WYE называются фазными напряжениями.Напряжения, обозначенные как Vab, Vbc и Vac, являются линейными напряжениями. Токи Ia, Ib и Ic являются фазными токами. Общая мощность, рассеиваемая нагрузкой, является суммой произведений тока и напряжения отдельных фаз в соединении WYE. Обратите внимание, что жирным шрифтом обозначены векторные операции:

Pt = Ia * Van + Ib * Vbn + Ic * Vcn

Обычно мощность рассчитывается с использованием линейных напряжений, а не фазных напряжений.

На рисунке 5 показана векторная диаграмма фазного напряжения, фазного тока и линейных напряжений.Расчет напряжения выполняется векторно.

Величины линейных напряжений в сбалансированной системе равны трехкратному фазному напряжению. Обратите внимание, что фазные напряжения опережают линейные на 30 градусов. Это результат векторного вычитания, используемого для вычисления линейных напряжений из фазных напряжений.
Высоковольтные дифференциальные пробники используются для измерения линейного и фазного напряжений, они применяют к сигналу ослабление 100: 1. Результирующие фазные напряжения на входе дигитайзера равны 1.69 В пиковое (3,38 Впик-пик). Эти напряжения масштабируются с коэффициентом 100 из-за использования датчика ÷ 100. В результате фазные напряжения будут сообщены как 169 Впик (338 Впик-пик). Это 120 В среднеквадратического значения. Линейные напряжения в √3 раз превышают фазное напряжение или 208 В (среднеквадратичное). Это номинальное трехфазное напряжение в США.

Мы можем проверить вышесказанное, измеряя фазные напряжения на дигитайзере, а затем вычисляя линейные напряжения. Это показано на Рисунке 6:

.

Каналы Va, Vb и Vc — это измеренные фазные напряжения.Vab, Vbc и Vca — вычисленные линейные напряжения (номинально 586 Vpk-pk). Разность фаз между фазным напряжением и напряжением соседней линии составляет 30 градусов, что подтверждается измерением курсора на графике масштабирования в крайней левой сетке. Линейное напряжение Vab отстает от фазного напряжения Va на 1,38 мс из периода 16,67 мс. Разность фаз между линейными напряжениями составляет 120 градусов.

Векторы тока на рисунке 5 показаны с общей разностью фаз Θ от фазных напряжений.Этот угол, Θ, представляет реактивные компоненты, которые могут быть включены в обмотки двигателя. В нашем эксперименте используется чисто резистивная нагрузка, равная 0 градусов.

Измерение трехфазной мощности

На рисунке 7 мы показываем фазные напряжения (Va, Vb и Vc), фазные токи (Ia, Ib и Ic) и рассеиваемую фазную мощность (Pa, Pb и Pc) для нагрузки, подключенной по схеме WYE (где у нас есть доступ как к фазному, так и к линейному напряжению). Умножьте фазное напряжение на соответствующий фазный ток, и получите мгновенную мощность в каждой фазе.Среднее значение мгновенной мощности — это активная составляющая мощности. Сумма всех трех показаний фазной мощности — это полная активная мощность нагрузки.

Это измерение называется измерением мощности с помощью трех ваттметров. Чтобы выполнить это измерение с использованием внешних дифференциальных пробников для измерения напряжений, потребуется шесть каналов. Если используются несимметричные пробники, количество каналов увеличивается до девяти. Гибкость, позволяющая указать до 16 каналов в конфигурации дигитайзера, является основным преимуществом этого типа измерений.

Фазные напряжения показаны в верхнем ряду рисунка 7. Фазные токи показаны в центральном ряду. Мощность фазы отображается в нижнем ряду. Сумма всех трех форм сигнала фазной мощности отображается в крайней левой сетке с надписью «Общая мощность». Обратите внимание, что общая мощность относительно постоянна. Параметры, отображаемые на панели «Информация» слева, считывают средние значения отдельных форм сигналов фазовой мощности вместе с общей мощностью. Сумма средних значений трех измерений фазной мощности равна средней полной мощности.Измеренный результат для полной мощности 850,9 Вт

Метод двух ваттметров

Альтернативным методом является метод двух ваттметров, который требует измерения только двух линейных напряжений и двух фазных токов. В математической форме:

PT (t) = Vac (t) ia (t) + Vbc (t) ib (t)

Это можно вывести следующим образом:

Это можно проверить с помощью следующего математического вывода:

PT = Va (t) ia (t) + Vb (t) ib (t) + Vc (t) ic (t)

, но, используя текущий закон Кирхгофа: ia + ib + ic = 0 или + ic = — ia — ib

PT (t) = Va (t) ia (t) — Vc (t) ia (t) — Vc (t) ib (t) + Vb (t) ib (t)

PT (t) = Vac (t) ia (t) + Vbc (t) ib (t)

Где: Va — Vc ≡ ac и Vb — Vc ≡ bc

Вот пример применения метода двух ваттметров, который может быть выполнен с использованием четырехканального дигитайзера Spectrum вместе с двумя датчиками дифференциального напряжения и двумя датчиками тока.

Как и в примере вычисления полной мощности на основе отдельных фазных напряжений и токов, в этом методе используются два линейных напряжения (Vac и Vbc) и два фазных тока (Ia и Ib). Напряжения в линии отображаются в верхнем ряду, фазные токи — в среднем ряду, а отдельные кривые мощности — в нижнем ряду. Как и прежде, общая мощность отображается в крайней левой сетке с пометкой «Общая мощность». Средние или средние значения каждой формы сигнала мощности показаны в информационной сетке слева.Опять же, номинальная мощность 851 Вт.

Заключение

Были рассмотрены основные концепции измерения мощности переменного тока, включая определение мгновенной, реальной, полной и реактивной мощности. Дигитайзеры с подходящим количеством каналов могут использоваться для измерения одно- и многофазных систем питания с использованием подходящих датчиков напряжения и тока. Универсальность дигитайзера, простота связи и быстрая передача информации делают его идеальным для измерения мощности переменного тока.Дигитайзеры спектра малы и компактны и доступны в различных форм-факторах, поэтому их можно использовать в самых разнообразных испытательных установках. Например, продукты DigitizerNETBOX спроектированы таким образом, что ими можно управлять через Ethernet, что дает им возможность работать удаленно или фактически в любом месте локальной сети (LAN). Платы PXI доступны для приложений, в которых набор модульных приборов будет работать вместе как часть полной тестовой системы. Карты PCI и PCIe могут быть установлены непосредственно в большинство современных ПК, превращая их в мощные автономные испытательные станции.

Ссылки

Реактивная мощность — Continental Control Systems, LLC

Обзор

Реактивная мощность ( Q ) — это мнимая (не действительная) мощность от индуктивных нагрузок, таких как двигатель или емкостные нагрузки (реже). Обычно он измеряется в единицах VAR (реактивные вольт-амперы). Иногда реактивная мощность указывается в ваттах; это не совсем так, но не все устройства или программное обеспечение предлагают единицы VAR. Если реактивная мощность указывается в ваттах, преобразование из ватт в переменные происходит однозначно.Реактивная мощность НЕ включается в измерения реальной или активной мощности и энергии счетчиков WattNode. Измерители WattNode, которые сообщают о реактивной мощности, измеряют «основную реактивную мощность», которая не включает реактивные гармоники.

  • Положительная реактивная мощность вызвана индуктивными нагрузками, такими как двигатели и трансформаторы (особенно при низких нагрузках).
  • Отрицательная реактивная мощность вызвана емкостными нагрузками. Это могут быть пускорегулирующие устройства, приводы с регулируемой скоростью для двигателей, компьютерное оборудование и инверторы (особенно в режиме ожидания).
Примечание: некоторые производители используют противоположные знаки и рассматривают отрицательную реактивную мощность как индуктивную.

См. Также

Определения

«… в научном сообществе нет единого мнения о концепции реактивной мощности в несинусоидальных условиях. Фактически, при наличии гармоник в напряжениях и / или токах обычное определение реактивной мощности больше не имеет смысла. ”—Антонио Каталиотти, Транзакции IEEE по доставке электроэнергии, т.23, нет. 3 июля 2008 г.

Существует множество конкурирующих определений реактивной мощности, включая следующие (названные в честь первоначальных авторов):

  • Будяну
  • Фрайз
  • Кастерс и Мур
  • Пастух и Закихани
  • Шарон / Чарнецкий
  • Рабочая группа IEEE
  • (из статьи в Википедии о реактивном вольт-амперном режиме) VAR — это произведение среднеквадратичного напряжения и тока или полной мощности, умноженное на синус фазового угла между напряжением и током.

Реактивная мощность различных нагрузок

  • Двигатель (без VSD): реактивная мощность будет положительной и будет варьироваться от примерно такой же, как реальная мощность для полностью нагруженного двигателя, до нескольких значений реальной мощности для слегка нагруженного двигателя. Коэффициент мощности асинхронного двигателя варьируется в зависимости от нагрузки:
Нагрузка двигателя,% Коэффициент мощности
0 0.17
25 0,55
50 0,73
75 0,80
100 0,85
  • Двигатель (с VSD): реактивная мощность будет небольшой и обычно отрицательной. Коэффициент смещения мощности обычно составляет 0,9 или выше.
  • Люминесцентные лампы: коэффициент мощности старых светильников с магнитными балластами может варьироваться от 0.38 до 0,58. Современные электронные балласты с коррекцией коэффициента мощности могут превышать 0,98.
  • Газоразрядные лампы: с магнитными балластами может иметь диапазон от 0,4 до 0,6, а электронные балласты с коррекцией коэффициента мощности могут превышать 0,95.
  • Лампы накаливания: реактивная мощность составляет примерно –10% от реальной мощности, в результате чего коэффициент мощности составляет около 0,995.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *