4.5. Мощность тока. Закон Джоуля

Рассмотрим произвольный участок цепи постоянного тока, к концам которого приложено напряжение U. За время t через каждое сечение проводника проходит заряд . Это равносильно тому, что заряд q переносится за время t из одного конца проводника в другой.

При этом силы электростатического поля и сторонние силы, действующие на данном участке, совершают работу . Разделив работу на время t, за которое она совершается, получим мощность, развиваемую током на рассматриваемом участке .

Эта мощность может расходоваться на совершение работы над внешними телами; на протекание химических реакций; на нагревание данного участка цепи и др.

В случае, когда проводник неподвижен и химических превращений в нем не совершается, работа тока затрачивается на увеличение внутренней энергии проводника, в результате чего проводник нагревается. Принято говорить, что при протекании тока в проводнике выделяется тепло

                                          (4.1)      

Это соотношение называется законом Джоуля — Ленца. Оно было экспериментально установлено английским физиком Д. П. Джоулем и подтверждено точными опытами Э. Х. Ленца.

Если сила тока изменяется со временем, то количество теплоты, выделяющееся в проводнике за время t, вычисляется по формуле

.

От формулы (4.1), можно перейти к выражению, характеризующему выделение тепла в различных точках проводника. Выделим в проводнике элементарный объем в виде цилиндра. Согласно закону Джоуля — Ленца, за время d

t, в этом объеме выделится количество теплоты

,

где — dV элементарный объем. Разделив это выражение на dV и dt, найдем количество теплоты, выделяющееся в единице объема в единицу времени:

.

Величину называют удельной тепловой мощностью тока. Эта формула представляет собой дифференциальную форму закона Джоуля — Ленца.

---

Вопросы

1) В чем заключается физический смысл удельной тепловой мощности тока
2) Напишите закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной формах

Таблица : номинальный ток электродвигателя = электромотора при полной нагрузке однофазных и 3-х фазных моторов в зависимости от напряжения 110VAC, 220VAC, 240VAC, 380VAC, 415VAC, 550VAC; Мощность 0,07-150кВт. Сила тока в зависимости от мощности

	Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Оборудование / / Электродвигатели. Электромоторы.  / / Таблица : номинальный ток электродвигателя = электромотора при полной нагрузке однофазных и 3-х фазных моторов в зависимости от напряжения 110VAC, 220VAC, 240VAC, 380VAC, 415VAC, 550VAC; Мощность 0,07-150кВт. Сила тока в зависимости от мощности Поделиться:    Таблица : номинальный ток электродвигателя = электромотора при полной нагрузке однофазных и 3-х фазных моторов в зависимости от напряжения 110VAC, 220VAC, 240VAC, 380VAC, 415VAC, 550VAC; Мощность 0,07-150кВт. Сила тока в зависимости от мощности Таблица составлена для моторов с частотой вращения 1450rpm с обычным коэффициентом мощности и КПД. Более быстрые моторы обычно имеют меньший ток, а более медленные — более высокий. Однофазные электродвигатели = однофазные электромоторы Мощность Лошадиных сил = HP Приблизительный номинальный ток при полной нагрузке в зависимости от напряжения 1x110VAC 1x220VAC 1x240VAC 0.07 kW 1/12 2.4 1.2 1.1 0.1 kW 1/8 3.3 1.6 1.5 0.12 kW 1/6 3.8 1.9 1.7 0.18 kW 1/4 4.5 2.3 2.1 0.25 kW 1/3 5.8 2.9 2.6 0.37 kW 1/2 7.9 3.9 3.6 0.56 kW 3/4 11 5.5 5 0.75 kW 1 15 7.3 6.7 1.1 kW 1.5 21 10 9 1.5 kW 2 26 13 12 2.2 kW 3 37 19 17 3 kW 4 49 24 22 3.7 kW 5 54 27 25 4 kW 5.5 60 30 27 5.5 kW 7.5 85 41 38 7.5 kW 10 110 55 50 Трехфазные электродвигатели = Трехфазные электромоторы Мощность Лошадиных сил = HP Приблизительный номинальный ток при полной нагрузке в зависимости от напряжения 3x220VAC 3x240VAC 3x380VAC 3x415VAC 3x550VAC 0.1 kW 1/8 0.7 0.6 0.4 0.4 0.3 0.12 kW 1/6 1 0.9 0.5 0.5 0.3 0.18 kW 1/4 1.3 1.2 0.8 0.7 0.4 0.25 kW 1/3 1.6 1.5 0.9 0.9 0.6 0.37 kW 1/2 2.5 2.3 1.4 1.3 0.8 0.56 kW 3/4 3.1 2.8 1.8 1.6 1.1 0.75 kW 1 3.5 3.2 2 1.8 1.4 1.1 kW 1.5 5 4.5 2.8 2.6 1.9 1.5 kW 2 6.4 5.8 3.7 3.4 2.6 2.2 kW 3 9.5 8.7 5.5 5 3.5 3.0 kW 4 12 11 7 6.5 4.7 3.7 kW 5 15 13 8 8 6 4.0 kW 5.5 16 14 9 8 6 5.5 kW 7.5 20 19 12 11 8 7.5 kW 10 27 25 16 15 11 9.3 kW 12.5 34 32 20 18 14 10 kW 13.5 37 34 22 20 15 11 kW 15 41 37 23 22 16 15 kW 20 64 50 31 28 21 18 kW 25 67 62 39 36 26 22 kW 30 74 70 43 39 30 30 kW 40 99 91 57 52 41 37 kW 50 130 119 75 69 50 45 kW 60 147 136 86 79 59 55 kW 75 183 166 105 96 72 75 kW 100 239 219 138 125 95 90 kW 125 301 269 170 156 117 110 kW 150 350 325 205 189 142 130 kW 175 410 389 245 224 169 150 kW 200 505 440 278 255 192 Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос: Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:
Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста. Вложите в письмо ссылку на страницу с ошибкой, пожалуйста.
Коды баннеров проекта DPVA.ru Начинка: KJR Publisiers Консультации и техническая поддержка сайта: Zavarka Team	Проект является некоммерческим. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Владельцы сайта www.dpva.ru не несут никакой ответственности за риски, связанные с использованием информации, полученной с этого интернет-ресурса. Free xml sitemap generator

Перевод Ампер в Киловатты с помощью таблицы и онлайн калькулятора

Далеко не все люди владеют законами электроники и электротехники, поэтому вполне понятны затруднения в понимании, что именно указано в характеристиках электроприборов. Обычно речь идёт о взаимосвязи между понятиями мощности, потребляемого тока и напряжения в различных сетях. Например, автомобильной бортовой или домашней, оканчивающейся обычной потребительской розеткой для подключения бытовых устройств.

Содержание статьи:

Что такое мощность — Ватт [Вт]

Мощность характеризует производительность любого прибора, подключённого к электрической сети. По классическому определению это работа, совершаемая в единицу времени или выделяемая энергия, что в принципе почти одно и то же. Только работу принято считать полезной, а выделяемое тепло таковым считается только в нагревательных устройствах.

Единицей измерения в мировой системе стандартов принят Ватт (Вт). С точки зрения электротехники 1 Ватт – это энергия, выделяемая в одну секунду потребителем, напряжение на котором составляет 1 Вольт (В), а сила тока, протекающего через него, при этом равна 1 Амперу (А).

Именно мощность должна интересовать в первую очередь при выборе различных устройств. Это должно быть понятным, если вспомнить, что многие считают главным достоинством двигателя автомобиля его отдаваемую мощность. Там её принято измерять в лошадиных силах, что не должно смущать.

Во-первых, всё чаще мощность указывают и в киловаттах также, а во-вторых – между этими единицами есть простая связь: 1 лошадиная сила равна примерно 736 Вт или 0,736 килоВатта, поскольку килоВатт – это 1000 Ватт.

Что такое напряжение — Вольт [В]

Напряжение указывает на потенциальную способность электричества совершать полезную работу (измеряется в Вольтах или В). Чем оно выше, тем меньше тока потребуется при той же мощности, что благотворно сказывается на толщине и массе меди в подводящих проводах. Ведь нагреваются они проходящим током, а это непроизводительные потери, поэтому линии магистральной передачи электроэнергии работают под очень высоком напряжением.

В автомобилях из соображений безопасности, а также по традиции, используется напряжение 12 Вольт. В тяжёлых грузовиках, где потребление большое, напряжение поднято до 24 Вольт, а электромобили, с их мощными тяговыми двигателями, питаются от своих батарей с напряжением 400 Вольт и выше. Опасно, но иного выхода нет.

Что такое Сила тока — Ампер [А]

Сила тока (измеряется в Амперах или А) непосредственно обеспечивает выполнение работы. Напряжение может быть любым, но если потребитель не подключён, то ток не протекает, а энергия не расходуется и не накапливается.

Проводник с током в магнитном поле, а именно так устроены все электродвигатели, громкоговорители и прочие устройства, начинает движение, производя работу. А любой проводник, обладающий сопротивлением, при прохождении тока нагревается. Больше или меньше – прямо зависит от его сопротивления.

Сколько Ватт в 1 Ампере

Прямого ответа на это вопрос не существует, как нельзя сказать сколько метров в килограмме. Это разные физические величины. Но задающих этот вопрос можно понять и объяснить ситуацию.

Электрическая сеть, имеющая стабильное напряжение, например, 12 или 220 Вольт, при нагружении её определённым током отдаст чётко известную мощность. Так что ответ всё же имеется.

P=U*I=12*1=12 Вт

Например, если к автомобилю подключить лампочку, потребляющую 1 Ампер, то она будет выделять в виде света и тепла мощность в 12 Ватт.

Рассчитать это можно с помощью калькулятора или таблицы, в которые заложены известные из физики формулы.

Таблица для перевода Ватт/Амперы

Таблица имеет форму, в которой по вертикали расположены значения мощности, а по горизонтали – напряжение электросети. На пересечении строк и столбцов находятся числа, имеющие размерность силы тока в Амперах.

	6В	12В	24В	220В	380В
5 Вт	0,83А	0,42А	0,21А	0,02А	0,008А
6 Вт	1,00А	0,5А	0,25А	0,03А	0,009А
7 Вт	1,17А	0,58А	0,29А	0,03А	0,01А
8 Вт	1,33А	0,66А	0,33А	0,04А	0,01А
9 Вт	1,5А	0,75А	0,38А	0,04А	0,01А
10 Вт	1,66А	0,84А	0,42А	0,05А	0,015А
20 Вт	3,34А	1,68А	0,83А	0,09А	0,03А
30 Вт	5,00А	2,5А	1,25А	0,14А	0,045А
40 Вт	6,67А	3,33А	1,67А	0,13А	0,06А
50 Вт	8,33А	4,17А	2,03А	0,23А	0,076А
60 Вт	10,00А	5,00А	2,50А	0,27А	0,09А
70 Вт	11,67А	5,83А	2,92А	0,32А	0,1А
80 Вт	13,33А	6,67А	3,33А	0,36А	0,12А
90 Вт	15,00А	7,50А	3,75А	0,41А	0,14А
100 Вт	16,67А	3,33А	4,17А	0,45А	0,15А
200 Вт	33,33А	16,66А	8,33А	0,91А	0,3А
300 Вт	50,00А	25,00А	12,50А	1,36А	0,46А
400 Вт	66,66А	33,33А	16,7А	1,82А	0,6А
500 Вт	83,34А	41,67А	20,83А	2,27А	0,76А
600 Вт	100,00А	50,00А	25,00А	2,73А	0,91А
700 Вт	116,67А	58,34А	29,17А	3,18А	1,06А
800 Вт	133,33А	66,68А	33,33А	3,64А	1,22А
900 Вт	150,00А	75,00А	37,50А	4,09А	1,37А
1000 Вт	166,67А	83,33А	41,67А	4,55А	1,52А

Например, требуется узнать, какой ток потечёт через стартер автомобиля при максимальной его нагрузке, если заявленная мощность составляет 1 килоВатт или 1000 Ватт.

На пересечении строки «1000 Вт» и столбца «12 В» находится значение 83,33 Ампера. Это поможет при выборе проводов, они должны без особых потерь выдерживать такой ток.

Онлайн калькулятор перевода силы тока в мощность

Более точно можно рассчитать режим прибора с помощью онлайн-калькулятора. Это веб-скрипт, в который заложены физические формулы пересчёта. Причём можно определять любой из параметров, зная два других.

Как вариант можно указать напряжение конкретной сети, узнавать соотношение мощности и тока для разных потребителей.

Как пользоваться

В калькуляторе имеется три окна форм, куда можно вводить числовые данные. Как только введены значения двух из них, то в третьей автоматически появится рассчитанное значение.

Если воспользоваться предыдущим примером, то последовательно вводится число 1000 в графу «Мощность», 12 – в графу «Напряжение», а из окна с надписью «Ток» считывается всё те же 83,33 Ампера.

Это удобнее таблицы, поскольку достигается более высокая точность, можно использовать любые значения, а не только те, которые есть в строках и столбцах.

Что чаще всего переводят

Существуют типовые случая использования расчётов, таблиц или онлайн-калькулятора.

Сколько Ампер в 12 Вольт

Зная мощность, всегда можно вычислить потребляемый ток в амперах. 12 Вольт – это стандартное напряжение для автомобиля, поэтому оно учитывается косвенно.

Как пользоваться калькулятором и таблицей уже было сказано выше, а для расчёта по формуле достаточно разделить указанную на приборе мощность на 12 В. Полученное число и будет искомым током в амперах. Только мощность надо брать в Ваттах, а не в килоВаттах.

220 Вольт сколько это Ампер

В случае бытовой сети всё в точности аналогично. Нет необходимости вспоминать, что в автомобиле ток постоянный, а в розетке переменный.

На расчёт, если конечно он не выполняется в профессиональных целях с учётом угла сдвига фаз, это никак не повлияет. Снова делится мощность в Ваттах на напряжение сети – 220 Вольт. Результат будет в Амперах.

Сколько Ватт в килоВатте

Данный вопрос очень прост, если вспомнить, что «кило» означает «тысяча». То есть в одном килоВатте ровно 1000 Ватт.

А в мегаВатте, что полезно знать в авиации и энергетике – один миллион Ватт или 1000 килоВатт или 1360 лошадиных сил, что не так много с учётом уважения, которые многие испытывают к мегаВатту.

Мощность — это… Что такое Мощность?

Мощность — Размерность L2MT−3 Единицы измерения СИ Вт СГС …   Википедия

мощность — составляет • субъект, оценка, соответствие потреблять мощность • использование превосходить мощность • много, Neg, оценка, соответствие существуют мощность • существование / создание, субъект увеличивать мощность • изменение, много увеличить… …   Глагольной сочетаемости непредметных имён

МОЩНОСТЬ — электрическая работа электрического тока в единицу времени. В цепи постоянного тока мощность равна произведению напряжения и тока. В цепи переменного тока различают полную мощность, активную мощность, реактивную мощность …   Большой Энциклопедический словарь

МОЩНОСТЬ — множества понятие теории множеств, обобщающее на произвольные множества понятие число элементов . Мощность множества характеризует то общее, что присуще всем множествам, количественно эквивалентным данному; при этом два множества называются… …   Большой Энциклопедический словарь

мощность — емкость, способность, производительность, нагрузка, объём производства, отдача, пропускная способность; сила, интенсивность, мощь, могущество, энергия; значительность, могучесть, всесильность, всемогущество, дюжесть, внушительность, власть,… …   Словарь синонимов

МОЩНОСТЬ — МОЩНОСТЬ, в физике интенсивность совершения РАБОТЫ или же производства или потребления, ЭНЕРГИИ. Является мерой производительности двигателя или какого либо источника питания. Первым ученым, начавшим измерять мощность, был Джеймс ВАТТ. Он… …   Научно-технический энциклопедический словарь

МОЩНОСТЬ — МОЩНОСТЬ, мощности, жен. (книжн.). 1. только ед. отвлеч. сущ. к мощный; сила, могущество. Мощность государства. 2. только ед. Толщина пластов и жил добываемых минералов (горн.). Пласт большой мощности. 3. Величина, показывающая, какое количество… …   Толковый словарь Ушакова

МОЩНОСТЬ — физич. величина, измеряемая отношением работы к промежутку времени, в течение к рого она произведена. Если работа производится равномерно, то М. определяется ф лой N=A/t, где А работа за время t, а в общем случае N=dA/dt, dA элем. работа за элем …   Физическая энциклопедия

мощность — силы; мощность Величина, равная скалярному произведению силы на скорость точки её приложения …   Политехнический терминологический толковый словарь

Мощность — величина, равная отношению произведенной работы к единице времени. Словарь бизнес терминов. Академик.ру. 2001 …   Словарь бизнес-терминов

МОЩНОСТЬ — МОЩНОСТЬ, физическая величина N, измеряемая отношением работы A к промежутку времени t, в течение которого она совершена; если работа совершается равномерно, то N=A/t. Измеряется в ваттах …   Современная энциклопедия

Мощность трехфазной сети и ее измерение

В цепи постоянного тока мощность определяется довольно просто – это произведение тока и напряжения. Они не изменяются во времени и есть постоянной величиной, соответственно и мощность является постоянной, то есть система уравновешена.

С сетями переменного напряжения все гораздо сложнее. Они бывают однофазные, двухфазные, трехфазные и т.д. Наибольшее распространение получили однофазные и трехфазные сети в силу своего удобства и наименьших затрат.

Рассмотрим трехфазную систему питания

Такие цепи, могут соединяться в звезду или в треугольник. Для удобства чтение схем и во избежание ошибок фазы принято обозначать U, V, W или  А, В, С.

Схема соединения звезда:

Схема соединения фаз в звезду

Для соединения звездой суммарное напряжение в точке N равно нулю. Мощность трехфазного тока в данном случае тоже будет постоянной величиной, в отличии от однофазного. Это значит что трехфазная система уравновешена, в отличии от однофазной, то есть мощность трехфазной сети постоянна. Мгновенно значение полной трехфазной мощности будет равно:

В данном типе соединения присутствуют два вида напряжения – фазное и линейное. Фазное – это напряжение между фазой и нулевой точкой N:

Фазное напряжение в цепи

Линейное – между фазами:

Линейное напряжение

Поэтому полная мощность трехфазной сети для такого типа соединения будет равна:

Но поскольку линейное и фазное напряжение отличаются между собой в , но считается сумма фазовых мощностей. При расчете трехфазных цепей такого типа принято пользоваться формулой:

Или:

Соответственно  для активной:

Для реактивной:

Схема соединения в треугольник

Схема соединения обмоток в треугольник

Как видим при таком виде соединения, фазное и линейное напряжение равны, из чего следует, что мощность для соединения в треугольник равна:

И соответственно:

Измерение мощности

Измерение активной мощности в сетях производится с помощью ваттметра

Цифровой ваттметрАналоговый ваттметр

В зависимости от схемы соединения нагрузки и его характера (симметричная или несимметричная) схемы подключения приборов могут разниться. Рассмотрим случай с симметричной нагрузкой:

Схема включения ваттметра при симметричной нагрузке

Здесь измерение проводится всего лишь в одной фазе и далее согласно формуле умножается на три. Этот способ позволяет сэкономить на приборах и уменьшить габариты измерительной установки. Применяется, когда не нужна большая точность измерения в каждой фазе.

Измерение при несимметричной нагрузке:

Схема включения ваттметра при несимметричной нагрузке

Этот способ более точный, так как позволяет измерить мощность каждой фазы, но это требует трех приборов, больших габаритных размеров установки и обработки показаний с трех приборов.

Измерении в цепи без нулевого проводника:

Схема включения ваттметра при отсутствии нулевого провода

Эта схема требует двух приборов. Этот способ основывается на первом законе Кирхгофа

I_A+I_B+I_C=0. Из этого следует, что сумма показаний двух ваттметров равна трехфазной мощности этой цепи. Ниже показана векторная диаграмма для данного случая:

Векторная диаграмма включения двух ваттметров при различных видах нагрузки

Мы можем сделать вывод, что показания приборов зависят не только от величины, но еще и от характера нагрузки.

Из диаграммы следует, что мы можем определить показание приборов аналитически:

Проанализировав полученный результат можем сделать вывод что, при преобладании активной нагрузки (φ=0) результаты измерения ваттметров тождественны (W₁=W₂). При активной и индуктивной (R-L)  показания W₁ меньше чем W₂ (W₁<W₂), при φ>60⁰ показания W₁ вообще отрицательные (W₁<0).

При активной и емкостной(R-C)  и W₁>W₂, а при φ<-60⁰ показания W₂ <0.

При современном развитии техники появились цифровые ваттметры. Они в отличии от аналоговых меньше в размерах, гораздо легче и менее габаритны. Более того цифровые ваттметры могут фиксировать ток, напряжение, измерять cosφ в сети и другое. Они позволяют в режиме реального времени отслеживать различные величины и выдавать предупреждения при их отклонении. Это очень удобно и не требуется проводить измерения тока, напряжения, а потом математически это все высчитывать. Цифровой ваттметр заключен в корпус и подключается (для бытовых потребителей) самым обычным способом – как и обычный потребитель — втыканием вилки в розетку.

Как преобразовать трехфазную мощность в амперы

Обновлено 14 декабря 2020 г.

Дж. Р. Камбак

В промышленных и бытовых аварийных генераторах используются трехфазные электродвигатели. Все три выхода пропускают одинаковый ток, а передача мощности остается постоянной, поступая на линейную и сбалансированную нагрузку. Чтобы преобразовать мощность в амперы, вам необходимо знать коэффициенты напряжения и мощности электродвигателя. Коэффициент мощности определяет задержку между напряжением и фактическим протеканием электрического тока.Этот номер указан на паспортной табличке большинства крупных электродвигателей, использующих трехфазное питание.

Эта формула вычисляет мощность генератора для определенного тока или ампер при заданном напряжении:

P = VI

Только в этом случае умножьте результат на 1,732.

Важно выделить три типа мощности:

Активная (действительная или истинная) мощность измеряется в ваттах (Вт) и представляет собой мощность, потребляемую электрическим сопротивлением системы, выполняющей полезную работу.

Реактивная мощность вольт-ампер (ВАР) для измерения реактивной мощности. Индуктивные двигатели, трансформаторы и соленоиды накапливают и разряжают реактивную мощность.

Вольт-амперы (ВА) для измерения полной мощности. Это напряжение в системе переменного тока, умноженное на весь ток, протекающий в ней, и сумму активной и реактивной мощности.

Соотношение между активной и полной мощностью:

1 \ text {kVA} = \ frac {1 \ text {kW}} {\ text {power factor}}

Убедитесь, что ваши измерения соответствуют стандарту единицы.Для двигателя или генератора, выраженного в киловаттах, переведите его в ватты: 1 кВт = 1000 Вт.

Получите измерение напряжения, если оно еще не предоставлено. Используйте качественный цифровой вольтметр для измерения линейного напряжения между любыми двумя из трех выходов.

Найдите коэффициент мощности (p.f.) на паспортной табличке. Для чисто резистивной схемы коэффициент мощности равен 1,0 (идеально).

Используйте формулу закона Ома:

P = VI

Составьте уравнение для трехфазной мощности, чтобы определить ток (в амперах):

I = \ frac {P} {1.732V \ times \ text {power factor}}

Подставьте значение мощности, которую необходимо преобразовать (в ваттах), значение напряжения (в вольтах) и коэффициент мощности, чтобы найти ток (в амперах).

Например, используйте следующую формулу для расчета тока трехфазного электрического генератора мощностью 114 кВт, заданным напряжением 440 В и номинальным коэффициентом мощности 0,8:

I = \ frac {P } {1,732 В \ times \ text {коэффициент мощности}} = \ frac {1141000} {4401,732 \ times 0.8} = 187 \ text {amps}

Калькулятор ватт в ампер

Этот калькулятор ватт в ампер (также известный как калькулятор из ампера в ватт или калькулятор силы тока) поможет вам понять , как рассчитать ватт в цепи в зависимости от типа из текущего . Прочтите, чтобы узнать, как преобразовать ватты в амперы или наоборот, и узнать о различиях между конфигурациями линейного и линейного напряжения, применяемыми к трехфазным токам.

Условные обозначения в ваттах, амперах и вольтах

Говоря об основном законе Ома, мы рассматриваем несколько физических величин: сопротивление R , напряжение В и ампер I .Электрический ток также может быть источником мощности P , так что он может выделять или передавать некоторую энергию. Единицей измерения напряжения в системе СИ является вольт, единицей силы тока является ампер (обычно сокращается до ампер), а единицей измерения мощности является ватт.

Все эти единицы измерения от вольт и ампер до ватт описывают напряжение, силу тока и мощность соответственно, поскольку они короче и их легче произносить. Это соглашение обычно используется в мире электроники, поэтому всякий раз, когда вы слышите, что кто-то хочет преобразовать ампер в ватт или ватт в ампер , вы будете знать, что этот человек хочет найти связь между силой тока и электрической мощностью .

Как преобразовать ватты в амперы или амперы в ватты?

На самом деле, этот вопрос недостаточно точен — вы должны спросить: «Как преобразовать вольт и ампер в ватты?» Чтобы ответить на него, вам сначала нужно знать , с каким током вы имеете дело с . Можно выделить три основных типа силы тока:

1. Постоянный ток ,
2. AC — однофазный ток ,
3. AC — трехфазный ток , который, в зависимости от конфигурации системы, можно подразделить на:

• Соединение треугольником — относится к линейному напряжению (VLL),
• Соединение звездой — относится к линейному напряжению (VLN).

Единственное, что нам нужно сделать, это выбрать конкретные формулы, которые преобразуют ватты в амперы для любого типа протекающего тока. Они подробно описаны в следующем разделе.

Как рассчитать ватт?

Формула для преобразования ватт постоянного тока в амперы является хорошо известным выражением для электрической мощности:

I = P / V .

Выражение, используемое для однофазного переменного тока, который можно представить как синусоидальный сигнал, очень похоже:

I = P / (V * PF) ,

, где PF — коэффициент мощности.Он говорит нам о соотношении между реальной мощностью, которая выполняет работу, и мощностью, подаваемой в цепь. Он варьируется от 0 до 1. Значения, близкие к единице, обычно получаются только для резистивных нагрузок, тогда как наличие емкости или особенно индуктивности снижает это значение.

Формула для трехфазного переменного тока изменяется с постоянным коэффициентом, как показано ниже:

• I = P / (√3 * V * PF) для линейного напряжения,
• I = P / (3 * V * PF) для линейного напряжения.

Как использовать калькулятор ватт-ампер?

Давайте посмотрим, как этот калькулятор силы тока работает на практике. Представьте, что мы хотим узнать мощность тока в 15 ампер и трехфазного переменного тока, линейного напряжения с нейтралью, с амплитудой 100 вольт (другими словами, каков результат преобразования 15 ампер в ватты). для ВЛН равно 100 вольт). Мы принимаем коэффициент мощности равным 0,9.

1. Во-первых, перепишите начальную формулу ватт в ампер в уравнение ампер в ватт: P = 3 * V * PH * I ,
2. Пока все значения имеют желаемые единицы , просто введите их в формулу: P = 3 * 100 В * 0.9 * 15 А = 4050 Вт ,
3. Результат можно выразить так: «15 ампер на ватты, для сети VLN, равной 100 вольт, это 4050 Вт».

Если вы не уверены в результате, просто воспользуйтесь нашим калькулятором ватт-ампер, выберите соответствующий тип тока, вставьте все значения и проверьте, есть ли какие-либо расхождения. Если вы правы, его не должно быть!

Разница между линейным и межфазным напряжениями

Трехфазный ток обычно применяется в электрических сетях, подключенных к нашим домам.Трехфазный означает, что имеется три отдельных провода, каждый из которых проводит один и тот же сигнал, но в другой фазе . Также есть еще один провод нейтрального потенциала, относящийся к земле. Разность потенциалов между любыми двумя кабелями всегда выше, чем между любым проводом и нейтралью. На приемном конце все эти провода соединяются вместе, и их конфигурация может быть реализована двумя способами, конфигурацией звезды или конфигурацией треугольника, которые показаны на следующей схеме:

Разница в концевых соединениях приводит к разной выходной мощности, поэтому вам следует выбрать соответствующий вариант трехфазного напряжения в нашем калькуляторе ватт-ампер.

Кстати, вы всегда можете контролировать величину напряжения, которое хотите подавать на свои устройства. Если окажется, что сигнал слишком высокий, стоит реализовать какой-то делитель напряжения, чтобы его уменьшить.

Что такое коэффициент мощности (Cosθ)? Cos fi или P.f Определения и формулы

Определения и формулы коэффициента мощности

В электротехнике коэффициент мощности относится только и только к цепям переменного тока, т. Е. Отсутствует коэффициент мощности (P.е) в цепях постоянного тока из-за нулевой частоты и разности фаз (Φ) между током и напряжением.

Что такое коэффициент мощности?

Коэффициент мощности может быть определен тремя следующими определениями и формами.

1). Косинус угла между током и напряжением называется коэффициентом мощности.

Где:

• P = мощность в ваттах
• V = напряжение в вольтах
• I = ток в амперах
• W = действительная мощность в ваттах
• VA = полная мощность в вольт-амперах или кВА
• Cosθ = коэффициент мощности

2).Соотношение между сопротивлением и импедансом в цепи переменного тока известно как коэффициент мощности.

Cosθ = R / Z

Где:

• R = Сопротивление в Ом (Ом)
• Z = Импеданс (Сопротивление в цепях переменного тока, т.е. X _L , X _C и R , известное как Индуктивное реактивное сопротивление , емкостное реактивное сопротивление и сопротивление соответственно) в Ом (Ом)
• Cosθ = Коэффициент мощности

Импеданс «Z» — это полное сопротивление цепи переменного тока i.е.

Z = √ [R ² + (X _L + X _C ) ² ]

Где:

• X _L = 2π f L… L — индуктивность в Генри
• X _C = 1 / 2π f C… C — емкость в фарадах

Связанный пост: Разница между активной и реактивной мощностью

3). Соотношение между активной мощностью и полной мощностью в вольтах-амперах называется коэффициентом мощности.

• Cosθ = Активная мощность / Кажущаяся мощность Мощность
• Cosθ = P / S
• Cosθ = кВт / кВА

Где

• кВт = P = Фактическая мощность в киловатт
• кВА = S = полная мощность в киловольт-амперах или ваттах
• Cosθ = коэффициент мощности

Формула коэффициента мощности в трехфазных цепях переменного тока

Коэффициент мощности Cosθ = P / √3 В _L x I _L … Линейный ток и напряжение

Коэффициент мощности Cosθ = P / √3 В _P x I _P … Фазный ток и напряжение

Треугольник коэффициента мощности и примеры

Пивная аналогия активной или истинной мощности , реактивной мощности, полной мощности и коэффициента мощности.

Аналогия мешка для чипов истинной или активной мощности , реактивной мощности, полной мощности и коэффициента мощности.

Полезно знать:

В чисто резистивной цепи коэффициент мощности равен 1 из-за нулевой разности фаз (Φ) между током и напряжением.

В чисто емкостной цепи коэффициент мощности является опережающим из-за запаздывающих VAR. То есть напряжение отстает на 90 ° от тока. Другими словами, ток опережает напряжение на 90 ° (ток и напряжение на 90 ° не совпадают по фазе друг с другом, при этом ток идет впереди, а напряжение отстает).

В чисто индуктивной цепи коэффициент мощности отстает из-за опережающих переменных, т.е. напряжение опережает на 90 ° от тока. Другими словами, ток отстает на 90 ° от напряжения (ток и напряжение на 90 ° не совпадают по фазе друг с другом, другие — где напряжение впереди, а ток отстает).

Почему фактор мощности важен при измерении эффективности?

Инженеры, использующие внешние источники питания (EPS), не привыкать к измерениям эффективности.Однако, поскольку их приложения обычно работают на постоянном токе, при измерении мощности на стороне переменного тока источника питания могут быть сделаны типичные ошибки. Эти распространенные ошибки включают неправильное измерение или полное отсутствие коэффициента мощности при расчете потребляемой мощности источника питания, что приводит к неправильным измерениям КПД. В этом сообщении блога мы рассмотрим основы коэффициента мощности и эффективности, а затем дадим рекомендации о том, как учитывать коэффициент мощности при измерении эффективности источника питания постоянного и переменного тока.

Коэффициент мощности и КПД, обзор

КПД (η) — это отношение выходной мощности к входной:

Уравнение 1: КПД

Расчет выходной мощности EPS, которая является постоянным током, представляет собой просто выходное напряжение, умноженное на выходной ток:

Уравнение 2: Выходная мощность

Распространенной ошибкой является применение этого же расчета для получения входной мощности. Это представляет проблему, потому что произведение вольт-ампер в цепях переменного тока не всегда равно реальной мощности, и фактически, в случае внешних адаптеров, произведение вольт-ампер никогда не будет равняться реальной мощности.В цепях переменного тока произведение вольт-ампер равно полной мощности (S), которая связана с реальной мощностью через термин, называемый коэффициентом мощности (PF):

Уравнение 3: Полная мощность

По определению, коэффициент мощности — это отношение реальной мощности к полной мощности, где полная мощность является произведением действующего напряжения и действующего тока. Только когда коэффициент мощности равен 1, произведение вольт-ампер равно реальной мощности:

Уравнение 4: Коэффициент мощности

Если коэффициент мощности учитывается при расчете КПД, он должен быть рассчитан правильно.Многим инженерам приходится возвращаться к своим ранним инженерным занятиям, чтобы вспомнить, что такое коэффициент мощности и как его измерять. Однако в школе часто сосредотачиваются на линейном случае, когда и напряжение, и ток представляют собой чистые синусоиды одинаковой частоты. В этом случае коэффициент мощности представляет собой просто косинус разности фаз между напряжением и током и более точно известен как коэффициент мощности смещения:

Уравнение 5: Коэффициент вытеснения

Многим инженерам знаком треугольник мощности, показанный на рисунке 1, который визуально представляет взаимосвязь уравнения 5.По определению косинус θ равен отношению смежной стороны к гипотенузе. В треугольнике мощности это равно отношению реальной мощности к полной мощности, что соответствует нашему определению в уравнении 4. С другой стороны, когда дело доходит до нелинейных систем, одним из примеров которых являются источники питания постоянного и переменного тока, это не представляю всей картины.

Рисунок 1: Треугольник мощности для линейных систем

Не хватает коэффициента мощности искажения, который добавляет третье измерение к треугольнику мощности, как показано на рисунке 2.Этот момент является критическим, потому что в источниках питания коэффициент искажения является основным фактором снижения коэффициента мощности, поскольку коэффициент смещения стремится быть близким к единице.

Рисунок 2: Треугольник мощности для нелинейных систем

Фурье-анализ показывает, что этот нелинейный сигнал тока можно разбить на серию гармонических составляющих различной величины. Эти гармоники уменьшают коэффициент мощности, но не учитываются в уравнении 5. Для расчета коэффициента мощности искажения вводится полное гармоническое искажение (THD).THD учитывает ток, связанный с каждой гармоникой, как показано в следующем уравнении:

Уравнение 6: Суммарные гармонические искажения

Когда THD равен 0, коэффициент мощности искажения равен 1, что было бы в случае линейной системы:

Уравнение 7: Коэффициент мощности искажения

Изображение коэффициента мощности дополняется умножением коэффициента мощности смещения и коэффициента мощности искажения, что дает истинный коэффициент мощности:

Уравнение 8: Истинный коэффициент мощности

На рисунке 3 показаны формы входного тока и напряжения типичного источника питания.При сравнении с синусоидальным напряжением можно ясно увидеть нелинейный характер тока.

Рис. 3. Осциллограф, показывающий формы сигналов тока и напряжения типичного источника питания

. Это вызвано комбинацией мостового выпрямителя и конденсатора большой емкости, которые создают высоковольтную шину постоянного тока внутри источника. Выпрямитель имеет прямое смещение и проводит ток только тогда, когда входное напряжение превышает напряжение на конденсаторе большой емкости.

Измерение коэффициента мощности

Лучший способ измерить коэффициент мощности — использовать измеритель мощности, подобный показанному на Рисунке 4 ниже.Эти устройства будут напрямую выводить реальную мощность, поэтому коэффициент мощности не нужно учитывать при расчете КПД. Помимо реальной мощности, эти измерители могут измерять коэффициент мощности, THD, ток для каждой гармоники и многое другое. В то время как внешние адаптеры малой мощности не имеют определенных ограничений по коэффициенту мощности или гармоникам, источники питания с более высокой мощностью имеют определенные нормативные ограничения по содержанию гармоник и коэффициенту мощности. Стандарты, такие как EN 61000-3-2, определяют пределы гармонического тока до 39 ^-й гармоники включительно для определенных уровней мощности.При измерении гармонического тока источника питания необходим измеритель мощности.

Рисунок 4: Измеритель мощности WT210, показывающий измерения, соответствующие сигналам на Рисунке 3

Коэффициент мощности в источниках питания

Вы можете подумать, что игнорирование коэффициента мощности приведет только к небольшой ошибке и / или что коэффициент мощности внешнего адаптера не может быть настолько плохим. Фактически, без коррекции коэффициента мощности коэффициент мощности внешнего адаптера может легко достигнуть нуля.5 при номинальной нагрузке. Адаптер с коэффициентом мощности 0,5 будет иметь кажущуюся мощность в два раза больше реальной мощности, что приведет к неверным результатам. Даже если бы источник питания имел реальный КПД 100%, это измерение показало бы только 50%.

Помимо общего включения коэффициента мощности в расчеты КПД, важно отметить, что коэффициент мощности зависит от линии и нагрузки. Требования к эффективности, такие как DoE Level VI, требуют измерения эффективности в нескольких точках (25%, 50%, 75% и 100% нагрузки) как при высоком, так и при низком линейном напряжении.Если при расчете реальной мощности используется коэффициент мощности, его необходимо повторно измерить для каждого из этих условий.

Пример из реального мира

В качестве реального примера возьмем рисунки 3 и 4, которые были получены от внешнего источника питания мощностью 20 Вт, работающего на 10,8 Вт. С измерениями, полученными с помощью осциллографа на рисунке 3, мы получаем произведение вольт-ампер, равное 22,5. VA. Если бы мы забыли включить коэффициент мощности, то, используя это число, мы получили бы коэффициент полезного действия 48%:

Используя измеритель мощности, подобный показанному на рисунке 4, мы видим, что реальная входная мощность на самом деле составляет всего 12.8 Вт, и, используя это значение, мы получаем КПД 84%, что почти вдвое больше, чем мы получили без учета коэффициента мощности:

Теперь, если коэффициент мощности учитывался, но для его расчета использовались осциллограф и уравнение 5 (коэффициент искажения опущен), возникает несколько проблем. Во-первых, как показано на рисунке 3, у осциллографов могут возникнуть проблемы с автоматическим вычислением разности фаз. Осциллограф, использованный на Рисунке 3, рассчитал фазовый угол 72 градуса, что невооруженным глазом кажется неверным.При использовании курсоров осциллографа для ручного измерения фазового угла мы замечаем, что пытаемся измерить смещение двух сигналов разной формы и что текущий импульс формы сигнала является асимметричным.

Возникает вопрос: куда поставить курсор, на пик или в центр импульса? В любом случае значение не превышает нескольких градусов. Если бы мы использовали уравнение 5 для расчета коэффициента мощности смещения с углом 5 °, мы получили бы значение 0,996. Если мы умножим наш результат на 22.5 ВА, собранные выше по нашему рассчитанному коэффициенту мощности, мы находим, что результат почти не изменился при 22,4 ВА. Это должно подтвердить наше предыдущее утверждение о том, что коэффициент смещения близок к единице, а коэффициент мощности искажения является доминирующим членом в уравнении 8. Таким образом, мы можем видеть, что метод осциллографа бесполезен для нас, и единственным методом, который дал правильные результаты, был использование измерителя мощности.

Заключение

Десятилетия ужесточающегося регулирования сделали тестирование эффективности одним из наиболее важных факторов при выборе и оценке характеристик источников питания.Отсутствие опыта работы с цепями переменного тока может привести к тому, что инженеры-испытатели упустят или неправильно рассчитают коэффициент мощности, что приведет к неверным показателям эффективности. При тестировании внешних адаптеров или любого источника питания постоянного и переменного тока лучший метод расчета реальной потребляемой мощности — использование измерителя мощности. Эти устройства не только напрямую измеряют реальную мощность, но и могут измерять ток, связанный с отдельными гармониками, и обеспечивать полную картину входа источника питания.

Категории: Основы , Тестирование и анализ отказов

Вам также может понравиться

---

У вас есть комментарии к этому сообщению или темам, которые вы хотели бы, чтобы мы освещали в будущем?
Отправьте нам письмо по адресу powerblog @ cui.ком

Коэффициент мощности — PF (COS φ)

В системе питания переменного тока коэффициент мощности является очень важным параметром, который определяет, насколько эффективно электрическая мощность используется нагрузкой. Это рациональное число от -1 до 1, но без единицы измерения. Коэффициент мощности системы зависит от типа присутствующей нагрузки: резистивной, индуктивной или емкостной. Индуктивная и емкостная нагрузка отрицательно сказываются на p.f. системы. Низкий коэффициент мощности приводит к увеличению тока, потребляемого нагрузкой.

Определение коэффициента мощности

Коэффициент мощности можно определить как отношение реальной мощности (активной мощности) к полной мощности. Его также можно определить как абсолютное значение косинуса фазового сдвига между напряжением и током в цепи переменного тока. Обозначается греческим алфавитом λ (лямбда).

Коэффициент мощности (λ) = Активная мощность / Полная мощность
= VI.COS φ / VI
= COS φ

‘V’ — напряжение в вольтах
‘I’ — ток в амперах
‘Φ’ — фазовый угол между напряжением и током

Треугольник силы

Активная мощность (кВт)

Это истинная мощность , передаваемая на нагрузку для преобразования энергии. Например, двигатель потребляет истинную мощность из цепи и преобразует ее в механическую энергию, тогда как лампы, с другой стороны, преобразуют ее в свет. Обозначается буквой П.

Реактивная мощность (кВт)

Реактивная мощность — это мощность, необходимая для создания магнитного поля в двигателях и трансформаторах, которая оказывает непосредственное влияние на p.f. Обозначается буквой Q.

.

Полная мощность (кВА)

Полная мощность — это произведение напряжения и тока, потребляемых нагрузкой, независимо от ее фазового угла. Это комбинация реальной и реактивной мощностей. Обозначается буквой S.

.

Подробнее: Реальная, реактивная, комплексная и полная мощность

Коэффициент мощности Unity

Коэффициент мощности Unity считается идеальным сценарием, при котором полная мощность и активная мощность должны совпадать по фазе.Когда нагрузка является чисто резистивной, ток, протекающий к нагрузке, будет линейным, и, следовательно, фазовый сдвиг между напряжением и током будет равен нулю, а cos Φ будет равен единице.

Если коэффициент мощности cos φ = 1, это означает, что нет потока реактивной мощности и фазовый угол между напряжением и током равен нулю.

Опережающий коэффициент мощности

Коэффициент мощности считается опережающим, если кажущаяся мощность опережает реальную мощность (истинную мощность), (т. Е.) Текущее напряжение на проводниках.Емкостные нагрузки заставляют ток опережать напряжение, так же как и коэффициент мощности.

Коэффициент мощности с запаздыванием

P.F. считается опережающим, если полная мощность отстает от реальной мощности (истинная мощность), (т. е.) ток отстает от напряжения. Индуктивные нагрузки приводят к тому, что ток отстает от напряжения, так как p.f.

Расчет коэффициента мощности

Из треугольника мощности:
Коэффициент мощности = Активная мощность / Полная мощность

Также,

Также,

Почему важно улучшение коэффициента мощности?

Повышение коэффициента мощности направлено на оптимальное использование электроэнергии, снижение счетов за электроэнергию и снижение потерь мощности.

• Силовые трансформаторы не зависят от P.F. Если коэффициент мощности близок к единице, для того же номинала трансформатора в кВА можно подключить больше нагрузки. (Чем лучше коэффициент мощности, тем меньше будет ток).
• Штрафы энергокомпаний за несоблюдение оптимальных значений п.ф. можно избежать.
• Оптимальный размер силовых кабелей возможен с учетом коэффициента мощности. Низкая p.f. приводит к более высоким потерям в меди (I ² R), также большее напряжение должно падать на кабель.

Методы коррекции коэффициента мощности

Схема потока мощности

Большинство силовых нагрузок являются индуктивными и вызывают отставание тока от напряжения. Чтобы преодолеть это несколько методов коррекции коэффициента мощности, адаптированы , которые помогают нейтрализовать этот запаздывающий ток. Самый распространенный P.F. Метод коррекции — использование статических конденсаторов параллельно нагрузке. Статические конденсаторы подают ток в систему и уменьшают задержку. Батареи конденсаторов подключаются параллельно индуктивным нагрузкам.Эти конденсаторы переключаются с помощью контактора в зависимости от требований. Статические компенсаторы VAR также используются для p.f. исправление. Это силовые электронные версии компенсаторов реактивной мощности, в которых для переключения конденсаторов вместо контакторов используются тиристоры.

Другие методы коррекции коэффициента мощности включают подключение синхронных компенсаторов параллельно нагрузке. Это синхронные двигатели, работающие без нагрузки. Когда синхронный двигатель перевозбужден и работает без нагрузки, он действует как конденсатор и подает реактивную мощность в сеть. Синхронные компенсаторы подключаются параллельно нагрузке.

Расчет коррекции коэффициента мощности

Соответствующая мера по корректировке коэффициента мощности должна быть принята для поддержания требуемого коэффициента мощности системы. В большинстве случаев инженеры выбирают конденсаторные батареи для p.f. исправление. Вот как нужен конденсатор для п.ф. исправление определено:

Мы можем измерить напряжение питания с помощью вольтметра и ток, потребляемый нагрузкой, с помощью амперметра.На основе этих данных мы можем рассчитать текущую p.f., полную мощность и реактивную мощность, потребляемую нагрузкой, используя приведенные ниже формулы.

Полная мощность = V x I (Измеряется с помощью амперметра и вольтметра)
Фактический коэффициент мощности = Нагрузка, кВт (активная мощность) / Полная мощность

Из треугольника мощности:

Реактивная мощность (кВАр) = Sq.rt ((Полная мощность, кВА) ² — (Фактическая мощность, кВт) ² )

А,

Из приведенного выше уравнения

Расчет размера конденсатора, используемого для достижения единичного коэффициента мощности, можно рассчитать следующим образом:

Следовательно,

Где,

C — значение емкости в фарадах

F — частота питания

Xc — емкостное реактивное сопротивление.

Важность / значение коэффициента мощности.

Активная мощность (истинная мощность) выражается как:

P = VI.Cos Φ

Для данной нагрузки P всегда должно быть постоянным, и напряжение, подаваемое от источника V, также должно быть постоянным. Параметры I и Cos Φ взаимозависимы. Например, если значение Cos Φ равно единице, то ток, потребляемый нагрузкой от источника, должен быть:

А если п.ф. Cos Φ меньше единицы, скажем «0».8 ’, то ток, потребляемый нагрузкой от источника, должен быть:

Из выражений 1 и 2 видно, что при передаче того же количества мощности P при меньшей p.f. ток значительно увеличился. Следовательно, для постоянной нагрузки при постоянном напряжении ток, вытекающий из источника, обратно пропорционален коэффициенту мощности.

Увеличение тока напрямую влияет на стоимость производства электроэнергии, а также увеличивает потери при передаче.Проводник, используемый в оборудовании, предназначен для пропускания через него определенного количества тока. При низком коэффициенте мощности источника питания к оборудованию может протекать больший ток, что может привести к его повреждению или сокращению срока службы.

Коммунальные предприятия налагают огромные штрафы на коммерческих потребителей, у которых есть п.ф. ниже определенного уровня. Поэтому очень важно поддерживать p.f на определенном уровне для эффективного использования мощности.

Причины низкого р.f

Основной причиной низкого коэффициента мощности является высокоиндуктивная промышленная нагрузка, подключенная к системе. Когда мы говорим об индуктивной промышленной нагрузке, основной вклад в нее вносят асинхронные двигатели. Большинство этих двигателей работают с малой запаздывающей p.f. При работе с малыми нагрузками он работает при коэффициенте мощности 0,1-0,4 и повышается до 0,8-0,9 при полной нагрузке. Помимо асинхронных двигателей, индукционные нагревательные печи и дуговые лампы также имеют очень низкую коэффициент мощности.

Недостатки плохого коэффициента мощности

• Так как кВА обратно пропорциональна р.f., следовательно, чем меньше коэффициент мощности нагрузки, тем выше будет номинальная мощность используемых трансформаторов, генераторов и распределительного устройства в кВА.
• При фиксированной кВт кабели будут пропускать больше тока, если p.f. низкий. Следовательно, это увеличивает размер используемых кабелей.
• Чем больше ток, тем больше потери в меди.
• Большие токи при низких п.ф. работа приводит к плохому регулированию напряжения в трансформаторах, генераторах переменного тока и линии передачи (из-за внутренних потерь в меди).

Список литературы

Назад к основам: что означает коэффициент мощности и почему мы должны его корректировать?

Сегодняшние коммерческие, промышленные, розничные и даже домашние помещения все чаще заполняются электронными устройствами, такими как ПК, мониторы, серверы и копировальные аппараты, которые обычно питаются от импульсных источников питания (SMPS). Если они не спроектированы должным образом, они могут представлять нелинейные нагрузки, которые создают гармонические токи и, возможно, напряжения в сети электропитания.Гармоники могут повредить кабели и оборудование в этой сети, а также другое подключенное к ней оборудование. Проблемы включают перегрев и риск возгорания, высокое напряжение и циркулирующие токи, сбои в работе оборудования и отказы компонентов, а также другие возможные последствия. Нелинейная нагрузка может генерировать эти гармоники, если у нее низкий коэффициент мощности. Другие нагрузки могут иметь низкие коэффициенты мощности, не создавая гармоник. В этом посте рассматриваются эти проблемы, обстоятельства, которые могут привести к разрушительной генерации гармоник, и практические подходы к их уменьшению.

Две причины низкого коэффициента мощности

На самом простом уровне мы могли бы сказать, что коэффициент мощности электрического или электронного устройства — это отношение мощности, которую оно потребляет от сети, и мощности, которую оно фактически потребляет. «Идеальное» устройство имеет коэффициент мощности 1,0 и потребляет всю потребляемую мощность. Он будет представлять нагрузку, которая является линейной и полностью резистивной, то есть такой, которая остается постоянной независимо от входного напряжения и не имеет значительной индуктивности или емкости.На рисунке 1 показаны формы входных сигналов, которые может показывать такое устройство. Во-первых, форма волны тока находится в фазе с напряжением, а во-вторых, обе формы волны синусоидальны.

Рис. 1. Осциллограммы входного напряжения и тока для устройства с коэффициентом мощности = 1,0

Рис. 1. Осциллограммы входного напряжения и тока для устройства с коэффициентом мощности = 1,0

На практике некоторые устройства имеют единичный коэффициент мощности, а многие другие нет.Устройство имеет низкий коэффициент мощности по одной из двух причин; либо он потребляет ток, не совпадающий по фазе с напряжением питания, либо потребляет ток несинусоидальной формы. Случай смещения фазы, известный как коэффициент мощности смещения, обычно связан с электродвигателями внутри промышленного оборудования, в то время как несинусоидальный случай, известный как коэффициент мощности искажения, обычно наблюдается с электронными устройствами, такими как ПК, копировальные аппараты. и зарядные устройства аккумуляторов, приводимые в действие импульсными источниками питания (SMPS).Мы кратко рассмотрим коэффициент мощности смещения, прежде чем перейти к случаю искажения, который имеет более непосредственное отношение к проектировщикам электронных систем питания. Однако важно помнить об обоих случаях. Например, на некоторых инженерных курсах вопрос о коэффициенте мощности обсуждается только с точки зрения двигателей, что вызывает путаницу, когда их студенты позже сталкиваются с низким коэффициентом мощности, который демонстрирует SMPS.

Проблемы с электродвигателями и смещением коэффициента мощности

Электродвигатели создают мощные магнитные поля, которые создают напряжение или противодвижущую силу, противоположную приложенному напряжению.Это заставляет ток питания отставать от приложенного напряжения. Возникающая в результате противофазная составляющая тока не может обеспечить полезную мощность, но увеличивает требуемую мощность поставки и затраты на электроэнергию. Установка конденсаторов на двигатели снижает фазовую задержку и улучшает их коэффициент мощности.

SMPS и проблемы с коэффициентом мощности искажения

В то время как нагрузки с коэффициентом мощности смещения не вызывают гармоник и связанных с ними проблем, нагрузки с коэффициентом мощности с искажениями, такие как SMPS, будут делать это, если их коэффициент мощности не будет улучшен.

Входной каскад переменного тока SMPS обычно включает в себя мостовой выпрямитель, за которым следует большой конденсатор фильтра. Эта схема потребляет ток из сети только тогда, когда линейное напряжение превышает напряжение на конденсаторе. Это приводит к прерывистому течению тока, что приводит к несинусоидальной форме волны тока, показанной на рисунке 2.

Рис. 2: Несинусоидальная форма кривой тока, полученная SMPS с низким коэффициентом мощности

Рис. 2: Несинусоидальная форма кривой тока, полученная SMPS с низким коэффициентом мощности

Можно использовать преобразование Фурье, математический процесс, чтобы проанализировать этот сигнал и разбить его на набор синусоидальных компонентов.Они включают в себя основную частоту — 50 Гц в Европе, 60 Гц в Америке — и набор преимущественно нечетных кратных основной частоты, известных как гармоники. Третья гармоника — 150 Гц (или 180 Гц), пятая — 250 Гц (300 Гц) и так далее. На рисунке 3 показан типичный спектр гармоник для электронной нагрузки SMPS. Основная составляющая потребляется SMPS, в то время как гармоники являются реактивными и создают проблемы, описанные выше. Отношение основной амплитуды к сумме амплитуд всех гармоник дает коэффициент мощности устройства.

Рис. 3: Типичный спектр гармоник для электронной нагрузки SMPS

Рис. 3: Типичный спектр гармоник для электронной нагрузки SMPS

Международный стандарт

Существует международный стандарт для описания и установления допустимых пределов генерации гармоник в сети. В ЕС используется стандарт IEC 61000-3-2, охватывающий уровни мощности оборудования от 75 до 600 Вт.Стандарт делит оборудование на четыре класса — A, B, C и D. Класс D охватывает персональные компьютеры, мониторы персональных компьютеров и телевизионные приемники.

Проверенные и инновационные решения PFC

Несмотря на то, что существуют пассивные решения для определения коэффициента мощности, в целом отрасль считает, что активные конструкции обеспечивают наилучшее улучшение коэффициента мощности. Обычно они основаны на технологии повышающего преобразователя, как в примере, показанном на Рисунке 4.

Рис.4: Схема активной коррекции коэффициента мощности с использованием повышения напряжения

Рис.4: Схема активной коррекции коэффициента мощности с использованием повышения напряжения

Рис. 5: Формы напряжения и тока для активной цепи повышения

Рис. 5: Формы напряжения и тока для активной цепи повышения

Для этого схема управления использует форму волны входного напряжения в качестве шаблона.Схема управления измеряет входной ток, сравнивает его с формой волны входного напряжения и регулирует повышающее напряжение для получения формы волны входного тока той же формы (5 – I). В то же время схема управления отслеживает напряжение на шине и регулирует повышающее напряжение для поддержания грубо регулируемого выходного постоянного тока (5 – B). Поскольку основной функцией схемы управления является подача синусоидального входного тока, напряжение шины постоянного тока может незначительно изменяться.

Использование схемы активной коррекции коэффициента мощности приводит к небольшому количеству разрывов входного тока и, как следствие, к низким искажениям и гармоническим составляющим, накладываемым на входной ток, потребляемый из линии.Однако недавно Vicor представила модульный интерфейс переменного тока, основанный на их новой архитектуре динамического преобразователя, названной Adaptive Cell.

Внешний интерфейс AC предлагает ряд улучшений для разработчиков систем. В частности, он обеспечивает универсальный вход от 85 В до 264 В переменного тока , высокую эффективность и высокую удельную мощность, особенно с учетом того, что это полное решение, включающее изолированный и регулируемый выход постоянного тока, а также выпрямление и коррекцию коэффициента мощности. Устройство снижает распространение гармоник в сети переменного тока, улучшая общее качество электроэнергии на уровне системы и объекта.Суммарные гармонические искажения превышают требования EN61000-2-3, а высокая частота переключения и резонансные переходы упрощают внешнюю фильтрацию и соответствие стандартам EMI.

У меня к вам вопрос.

Делитель напряжения

Делитель напряжения — это простая схема, состоящая из двух резисторов, которая имеет полезное свойство изменять более высокое напряжение (Vin) на более низкое (Vout). Он делает это путем деления входного напряжения на соотношение, определяемое номиналами двух резисторов (R1 и R2):

Эта схема лучше всего подходит для слаботочных приложений, таких как датчики и линии передачи данных.Если вы потребляете слишком большой ток через Vout, это повлияет на выходное напряжение. Поэтому его не следует использовать для сильноточных приложений, таких как источники питания (регуляторы напряжения — гораздо лучший вариант).

Чтобы выбрать резисторы, используйте следующее уравнение:

Вы также можете найти ряд калькуляторов делителя напряжения в Google.

Поскольку выходное напряжение зависит исключительно от отношения R1 к R2, вы можете использовать несколько разных значений R для получения одного и того же выхода (например, если R1 = R2, выход всегда будет составлять половину входного, независимо от того, является ли R 1 Ом или 1 МОм).Для большинства наших целей общее сопротивление (R1 + R2) должно быть между 1 кОм и 10 кОм. Меньше этого, и схема будет тратить много энергии, протекающей через R1 и R2 на землю. Более того, возможно, Vout не сможет обеспечить достаточный ток для управления аналоговым входом.

Эта схема очень полезна для преобразования выходного сигнала резистивного датчика (например, термистора или силового резистора) в напряжение, которое можно измерить с помощью аналого-цифрового преобразователя. R2 будет вашим датчиком, и хорошее практическое правило состоит в том, чтобы выбрать R1 на полпути между наименьшим и наибольшим значениями сопротивления датчика.

Например, наш мини-фотоэлемент имеет сопротивление света 1 кОм и сопротивление темного света 10 кОм. Резистор 5,6 кОм находится примерно на полпути между высоким и низким значениями. Если мы подключим датчик как R2, а 5,6k как R1, мы получим следующий Vout:

уровень света	R2 (датчик)	R1 (фиксированный)	отношение (R2 / (R1 + R2))	Vout (если Vin 5 В)
свет	1к	5.6к	16%	0,83 В
темный	10к	5,6к	67%	3,33 В

… поэтому выходное напряжение будет варьироваться от 0,83 В при ярком свете до 3,33 В в темноте. Вы не можете получить полное колебание напряжения от 0 до 5 В без более сложной схемы, но эй, это неплохо только для одного резистора.

Особым случаем этой схемы является потенциометр, который представляет собой поворотный регулятор, который позволяет плавно изменять соотношение между R1 и R2 и, следовательно, выходное напряжение, позволяя создать простой в использовании аналоговый элемент управления.

Внутри потенциометра находится один большой резистор с подвижным соединением (так называемый «дворник»), который может перемещаться от одного конца резистора к другому. Электрически он выглядит как два резистора, как и на нашей первой схеме выше.Когда вы поворачиваете ручку, один резистор становится больше, а другой — меньше.