Мощность электрического тока в переменной цепи
Из курса физики известно, что мощность – это работа, совершаемая за единицу времени. Т.е можно сказать, сколько электроэнергии будет потреблять прибор в единицу времени. Все наверное обращали внимание на обозначения мощности на электроприборах и возможно задумывались, почему на разных приборах мощность обозначается по разному. Давайте разберемся.
Для начала надо сказать, что все работающие электрические установки потребляют активную и реактивную мощности и энергию, но например, лампы накаливания и нагревательные приборы потребляют практически только активную мощность, в то время как электродвигатели, трансформаторы, дроссели потребляют и активную и реактивную мощности.
Активная мощность
Активная энергия преобразуется потребителями в другие виды полезной энергии — тепловую, световую, механическую и т.д. То есть это та энергия, которая совершает полезную работу. При этом форма тока в точности повторяет форму напряжения на нагрузке, сдвиг фаз между силой тока и напряжением равен = 0.
Определяется активная мощность по формуле P = UIcosφ. В этом случае считаем, что cos φ =1. Измеряется активная мощность в ваттах (Вт) или киловаттах (кВт).
Реактивная мощность
Реактивная мощность — это мощность, идущая на создание переменного магнитного потока (магнитного поля). То есть это энергия, которая не рассеивается на нагрузке, а сначала накапливается в ее магнитном поле , а затем возвращается обратно источнику. Реактивная составляющая возникает там, где имеется индуктивная и емкостная нагрузка, т.е. любой электроприбор, где есть, например, обмотки, катушки, имеет реактивную нагрузку (вентилятор, холодильник). При этом в такой нагрузке будет присутствовать сдвиг фаз между силой тока и напряжением равный 90°.
Реактивная составляющая необходима для работы многих электрических приборов, но при этом она вызывает ряд нежелательных последствий: вызывает нагрев проводников, плохо влияет на сеть, добавляя в нее реактивную составляющую, что плохо сказывается на потребителях.
Поэтому на предприятиях для уменьшения реактивных токов используются установки компенсации реактивной мощности.
Рассчитывается реактивная мощность по формуле Q = UIsinφ. Реактивную мощность измеряют в вольт-амперах реактивных (Вар) или киловольт-амперах (кВар).
Полная мощность
Коэффициент мощности
Отношение активной мощности к полной мощности электроустановки называется коэффициентом мощности:
- S – Полная мощность
- P – Активная мощность
- Q – Реактивная мощность
Коэффициент мощности зависит от характера и величины нагрузки. Его можно определить по показаниям счетчика активной и реактивной энергии за определенный промежуток времени (сутки, месяц, год) по формуле:
- Wа — разность показаний счетчика активной энергии
- Wр — разность показаний счетчика реактивной энергии.
Полученный таким образом коэффициент мощности называется средневзвешенным, т. е. средним.
При низком коэффициенте мощности увеличиваются потери энергии в проводах, а при сохранении потерь неизменными, требуется применение проводов увеличенного сечения. Соответственно, чем выше cos φ, тем меньше тока требуется для преобразования электроэнергии в другие виды энергии. Это приводит к уменьшению потерь электроэнергии, ее экономии.
Таким образом, коэффициент мощности является показателем эффективности использования электрической энергии.
23 факта, которые вы должны знать
Треугольник власти | Треугольник силы тока напряженияТреугольник мощности — это просто прямоугольный треугольник, сторона которого представляет активную мощность, реактивную мощность и полную мощность. Базовая составляющая символизирует активную мощность, перпендикулярная составляющая обозначает реактивную мощность, а гипотенуза символизирует полную мощность.
Треугольник мощности — это графическое представление реальной или активной мощности, реактивной мощности и полной мощности в прямоугольном треугольнике.
Уравнение степенного треугольника | Треугольник мощности PQSРасчет формулы треугольника мощности | Уравнение треугольника мощностиВ силовой треугольник, активная мощность P, реактивная мощность Q и полная мощность S образуют прямоугольный треугольник. Следовательно,
гипотенуза2 = база2 + перпендикулярный2
S2 = P2 + Q2
Здесь полная мощность (S) измеряется в вольт-амперах (ВА).
Активная мощность (P) измеряется в ваттах (Вт).
Реактивная мощность (Q) измеряется в вольт-амперных реактивных (VAR).
- Треугольник мощности — это графическое представление реальной или активной мощности, реактивной мощности и полной мощности в прямоугольном треугольнике.
- Активная или истинная мощность относится ко всей мощности, рассеиваемой в электрической цепи. Он измеряется в ваттах (Вт) или киловаттах (кВт) и обозначается буквой P и средним значением активной мощности P..
- Реактивная мощность или мнимая мощность — это мощность, которая не выполняет никакой реальной работы и вызывает нулевое рассеивание мощности. T также известен как безваттная мощность. Это мощность, получаемая от реактивных элементов, таких как индуктивная нагрузка и емкостная нагрузка. Реактивная мощность рассчитывается в киловольтах реактивной мощности (KVAR) и обозначается Q.
- Полная мощность в цепи, как поглощенная, так и рассеиваемая, называется полной мощностью. Полная мощность вычисляется путем умножения среднеквадратичного значения напряжения на среднеквадратичное значение тока без какой-либо величины фазового угла.
- Закон Ома всегда работает с цепями постоянного тока, но в случае переменного тока он работает только тогда, когда цепь является чисто резистивной, то есть в цепи нет индуктивной или емкостной нагрузки. Но большинство цепей переменного тока состоят из последовательной или параллельной комбинации RLC. Из-за этого напряжение и ток не совпадают по фазе, и вводится сложная величина.
- Мощность трехфазной системы равна = √3 x коэффициент мощности x напряжение x ток.
Но большинство цепей переменного тока состоят из последовательной или параллельной комбинации RLC. Из-за этого напряжение и ток не совпадают по фазе, и вводится сложная величина.Давайте рассмотрим схему RLC, включенную последовательно, как указано выше.
Где резистор с сопротивлением R.
индуктор с индуктивностью L.
конденсатор емкостью С.
Источник переменного напряжения Vmsin⍵t применяется.
V — действующее значение приложенного напряжения, а I — действующее значение полного тока в цепи. В катушка индуктивности и конденсатор производят XL и ХC противостояния соответственно в цепи. Теперь может быть три случая:
Случай 1: XL > XC
Случай 2: XL <XC
Треугольник мощности получается из векторной диаграммы, если мы умножим каждый из векторов напряжения на I, мы получим три компонента мощности.
Из векторного треугольника мы можем быстро получить треугольник мощности путем умножения напряжений с I. Реальная мощность умножается на VR, что равно I2R. Реактивная мощность умножается на (ВC — VL), что равно I2(XC — ИКСL). Полная мощность V = I2Z рассчитывается на основе активной мощности и реактивной мощности для обоих случаев. Здесь мы принимаем во внимание другую величину, комплексную мощность. Комплексная мощность — это сумма активной мощности и реактивной мощности, представленных в комплексной форме, то есть с величиной «j».
Следовательно, комплексная мощность
S = P — jQ, когда XL <XC
S = P + jQ, когда XL > XC
Теперь, для случая 1, индуктивное сопротивление меньше, чем емкостное сопротивление. Следовательно, реактивная мощность отрицательна, и угол ϕ также отрицателен. Для случая 2 индуктивный значение реактивного сопротивления больше, чем значение емкостного сопротивления, реактивная мощность равна +ve, угол ϕ также равен +ve.
Активная или истинная мощность относится ко всей мощности, рассеиваемой в электрической цепи. Она измеряется в ваттах (Вт) или киловаттах (кВт) и обозначается буквой P, а среднее значение активной мощности P равно
П = ВИ = Я2R
Треугольник реактивной мощностиРеактивная мощность или мнимая мощность — это мощность, которая не выполняет никакой реальной работы и вызывает нулевое рассеивание мощности. Он также известен как безваттный мощность. Это мощность, получаемая от реактивных элементов, таких как индуктивная нагрузка и емкостная нагрузка. Реактивная мощность рассчитывается в киловольтах, реактивных (KVAR) и обозначается Q.
Реактивная мощность Q = VIреактивный = Я2X.
{2} + (Реактивная\; мощность)2}[/Latex]
Для чисто резистивной схемы реактивной мощности нет. Итак, полная мощность равна активной или истинной мощности.
Силовой треугольник для цепи переменного тока | Треугольник электрической мощностиЦепи переменного тока могут иметь любую комбинацию R, L и C, и если мы хотим правильно рассчитать общую мощность, мы должны знать разницу фаз между I и V. Форма волны тока и напряжения синусоидальная. Поскольку мощность = напряжение x ток, максимальная мощность достигается, когда обе формы волны совпадают. В этой ситуации сигналы называются «синфазными» друг с другом.
- В чисто резистивной схеме переменного тока I и V идеально согласованы друг с другом по фазе. Следовательно, просто умножая их, мы можем получить силу.
- Если в цепи присутствует индуктивная или емкостная нагрузка, создается разность фаз. Даже если разность фаз незначительна, мощность переменного тока делится на две части — одну положительную и одну отрицательную. Отрицательная мощность не является математически отрицательной величиной; это просто означает, что питание подается в систему, но передачи энергии не происходит. Эта мощность называется реактивной мощностью. Положительная величина выполняет некоторую реальную работу, поэтому она классифицируется как реальная или активная мощность.
- Другая часть питания поступает в схему от источника. Это известно как кажущаяся мощность. Полная мощность рассчитывается путем умножения среднеквадратичных значений тока и напряжения.
Отрицательная мощность не является математически отрицательной величиной; это просто означает, что питание подается в систему, но передачи энергии не происходит. Эта мощность называется реактивной мощностью. Положительная величина выполняет некоторую реальную работу, поэтому она классифицируется как реальная или активная мощность.Закон Ома всегда работает с цепями постоянного тока, но в случае переменного тока он работает только тогда, когда цепь является чисто резистивной, то есть в цепи нет индуктивной или емкостной нагрузки. Но большинство цепей переменного тока состоят из последовательной или параллельной комбинации RLC. Из-за этого напряжение и ток не совпадают по фазе, и вводится сложная величина.
Нам нужно применить некоторые специальные формулы, чтобы рассчитать переменный ток и параметры треугольника мощности.
Емкостная нагрузка означает, что коэффициент мощности опережает напряжение, поскольку ток опережает напряжение по фазовому углу.
Треугольник мощности для индуктивной нагрузкиИндуктивная нагрузка означает, что коэффициент мощности отстает, потому что I отстает от V на фазовый угол.
Сложный треугольник властиКомплексная мощность — это не что иное, как представление власти с помощью комплексных чисел. Действительная часть представляет собой активную мощность. Мнимая часть представляет собой реактивную мощность.
Предположим, что ток и напряжение в емкостной цепи равны I и V соответственно. Мы знаем, что для емкостной нагрузки I опережает V по фазовому углу. Возьмем этот угол за ϕ.
Допустим, напряжение на нагрузке, V = vejƟ и ток I = iej(Ɵ + ϕ).
Мы знаем, мощность это напряжение умножается на текущее сопряжение.
Итак, комплексная мощность S = VI * = vejƟ х т.е.-j (Ɵ + ϕ)= соперничать-jϕ
S = vi (cosϕ — jsinϕ) = vicosϕ — jvisinϕ = P — jQ [мы знаем активную мощность P = vicosϕ и реактивную мощность Q = visinϕ]
Для емкостной нагрузки I отстает от V на фазовый угол. Итак, напряжение на нагрузке V = vejƟ и ток I = iej (Ɵ-ϕ).
Такая сложная сила
S = VI * = vejƟ х т.е.-j(Ɵ-ϕ)= соперничатьjϕ
S = vi (cosϕ + jsinϕ) = vicosϕ + jvisinϕ = P + jQ
Трехфазный треугольник питанияПеременный ток может быть однофазным или трехфазным. Изменение амплитуды тока приводит к генерации синусоидальных волн. Для однофазного питания есть только одна волна. Трехфазные системы разделяют ток на три части. Три компонента тока сдвинуты по фазе на треть цикла каждый. Каждый компонент тока равен по размеру, но противоположен по направлению двум другим конъюнктивам.
{2}}[/латекс]
Коэффициент мощности [латекс]= \frac{R}{Z}[/латекс]
Коэффициент мощности треугольника мощностиКоэффициент мощности в треугольнике мощности называется отношением активной мощности к полной мощности, определяемой как косинус угла вектора.
Треугольник коррекции коэффициента мощностиКоррекция коэффициента мощности — это метод повышения эффективности электрической цепи за счет снижения реактивной мощности. Коррекция коэффициента мощности достигается за счет параллельно соединенных конденсаторов, которые противодействуют эффектам, вызванным индуктивными элементами, и уменьшают фазовый сдвиг.
Формула треугольника коэффициента мощностиКоэффициент мощности для емкостной или индуктивной нагрузки [Latex]= \frac{R}{Z}[/Latex]
Коэффициент мощности [латекс] = \frac{Real\; мощность {Очевидная \; сила}[/латекс]
Энергетический треугольникЭлектрическая энергия определяется как мощность системы, умноженная на общее время использования мощности.
Энергия E = P x T
Как нарисовать треугольник власти? Генератор треугольника мощностиТреугольник мощности построен на основе активной мощности в качестве основы, реактивной мощности в качестве перпендикуляра и полной мощности в качестве гипотенузы.
Металлические треугольники на линиях электропередачМы часто видим несколько треугольных петель, свисающих с линий электропередач. Они используются для обеспечения устойчивости строп при сильном ветре. Эти треугольные ребра предохраняют стропы от слишком близкого отскока друг к другу и гарантируют, что они не отсоединятся от изоляторов.
Расчет треугольников мощности | Калькулятор треугольника мощностиВ. Катушка индуктивности 120 мГн и сопротивлением 70 Ом последовательно подключены к источнику питания 220 В, 50 Гц. Рассчитайте полную мощность.Индуктивное сопротивление [Latex]X_{L} = 2\pi fL = 2 \times 3.
{2}} = 13\:\Омега[/Латекс]
Коэффициент мощности цепи = R / Z = 12/13 = 0.92
Пример треугольника мощностиВ. Нагрузка 20 кВт имеет отстающий коэффициент мощности 0.8. Найдите такой номинал конденсатора, чтобы коэффициент мощности увеличился до 0.95.
Здесь истинная мощность P = 20 кВт.
Коэффициент мощности cosϕ1 = 0.8
Мы знаем, что реактивная мощность должна быть уменьшена, чтобы получить повышенный коэффициент мощности. Следовательно, фазовый угол также уменьшится. Предположим, что изначально фазовый угол был ϕ1, а после снижения реактивной мощности фазовый угол ϕ2. Итак, треугольник мощности выглядит так:
Из диаграммы видно, что реактивная мощность снизилась на АБ с переменного тока. Итак, нам нужно вычислить разницу между переменным током и AB, и эта величина является требуемым номиналом конденсатора.
Здесь OA = 20 кВт.
cosϕ1 = 0.8
cosϕ2 = 0.95
Мы знаем, cosϕ1 = OA / OC
Итак, OC = 20 / 0.
8 = 25 кВА
AC = √ (OC2 — О.А.2) = 15 кВАр
Cosϕ2 = OA / OB
Итак, ОБ = 20 / 0.95 = 21 кВА
AB = √ (OB2 — О.А.2) = 6.4 кВАр
Следовательно, BC = AC — AB = (15 — 6.4) = 8.6 KVAR
Часто задаваемые вопросыСколько типов сил есть в треугольнике власти?Треугольник власти состоит из трех типов власти.
- — Истинная или активная мощность.
- — Реактивная сила.
- — полная мощность.
Треугольник мощности — это треугольное представление отношения между истинной мощностью, реактивной мощностью и полной мощностью.
Например, в любом электрическом приборе общая генерируемая мощность складывается из активной и реактивной мощности.
Что такое силовой треугольник в цепи переменного тока?Треугольник власти Цепь переменного тока может быть резистивной, емкостной или индуктивной, а треугольник состоит из трех видов мощности, а полная мощность вычисляется с помощью активной мощности и реактивной мощности.
Цепь RL имеет силовой треугольник с активной мощностью = I2R, реактивная мощность = I2XL, а полная мощность = I2Z, где XL — индуктивное реактивное сопротивление, а Z — полное сопротивление цепи.
Какая связь между кВА, кВт и кВАр?KVA — это единица измерения полной мощности, тогда как KW и KVAR — единицы истинной мощности и реактивной мощности, соответственно. Следовательно, исходя из концепции треугольника мощности, мы можем сделать вывод, что кВА2 = КВт2 + КВАР2.
Какое значение имеет коэффициент мощности?Для индуктивных и емкостных нагрузок коэффициент мощности играет жизненно важную роль в вычислении реактивной мощности. Реактивная мощность — это часть активной мощности, которая уменьшается, а коэффициент мощности — это соотношение истинной мощности и полной мощности.
Единичный коэффициент мощности указывает на то, что схема является полностью резистивной по своей природе.
6 кВА = 6000 ВА
При единичном коэффициенте мощности 6 кВА = 1 x 6000 = 6000 Вт
Если коэффициент мощности другой, 6 кВА = 6 x (коэффициент мощности) ватт.
Как конвертировать KWH в KVAH?KWH = KVAH X коэффициент мощности
Следовательно, KVAH = KWH / коэффициент мощности.
Сколько ватт соответствует 1 кВА?Для чисто резистивной нагрузки реактивной мощности нет. Таким образом, коэффициент мощности равен 1. Здесь 1 кВА = 1 Вт.
Если нагрузка емкостная или индуктивная, резистивная мощность не равна 0, так как коэффициент мощности — это сопротивление / импеданс. Здесь 1 кВА = коэффициент мощности x 1 кВт.
Почему электрические башни имеют треугольную форму?По следующим причинам электрические башни имеют треугольную форму.
- Треугольники имеют большую площадь основания, что позволяет им быть очень жесткими. Такая жесткость помогает выдерживать боковые нагрузки.
- Треугольники имеют меньшую площадь, чем любой четырехугольник. Если бы форма была четырехугольной, то стоимость была бы больше. Треугольная форма снижает стоимость за счет устранения одной лишней стороны.
Коэффициент мощности трансформатор зависит от характеристик нагрузки.
Если нагрузка чисто резистивная, коэффициент мощности равен единице или 1.
Если нагрузка емкостная, т. Е. XC > XLкоэффициент мощности называется опережающим.
Если нагрузка индуктивная, т. Е. XL > XCкоэффициент мощности называется запаздывающим.
В чем разница между KVA KWH KVAH и KVAR? | Треугольник мощности KW KVA KVARKVA означает киловольт-ампер. Это единица измерения реальной или активной мощности.
{2}}} [/Latex]
Коэффициент мощности — это отношение активной мощности (кВт) к полной мощности (кВА), поскольку числитель и знаменатель являются мощностью, коэффициент мощности — это величина на единицу меньше.
Как измерить энергопотребление цепи
Ключевые выводы
Узнайте, почему измерение энергопотребления важно для увеличения срока службы электроники.
Понимание основ различных уровней энергопотребления.
Узнайте, как измерить энергопотребление цепи.
Мой любимый способ снять стресс — отправиться на кухню и попробовать новый рецепт. Иногда мне удается получить вкусное блюдо, а иногда моя готовка полностью терпит неудачу.
Хотя я не очень талантлив в кулинарии, мне никогда не помогает результат, когда в рецепте используются туманные измерения. Например, когда рецепт требует «щепотки» или «щепотки» приправы, я неизбежно получаю слишком много специй и в итоге получаю менее вкусное блюдо, чем оно должно было быть.
Получение точных измерений имеет решающее значение, независимо от того, являетесь ли вы поваром или проектировщиком печатных плат. Для последнего важно знать, как измерить потребляемую мощность цепи, чтобы поддерживать блок питания и электронику в хорошем рабочем состоянии. В следующем разделе мы более подробно рассмотрим важность понимания энергопотребления схемы.
Почему важно знать, как измерить энергопотребление цепи?
Знание мощности, потребляемой цепью, позволяет лучше оценить срок службы батареи.
Электроника обычно питается от стационарного источника питания, батареи, солнечной батареи или комбинации этих методов.
Независимо от того, как вы питаете цепь, вам нужно знать, сколько энергии она потребляет.
Мощность зависит от тока и напряжения. Поскольку напряжение в цепи является постоянным, ток является переменным фактором, когда речь идет об определении мощности. Когда вы включаете промышленный контроллер с импульсным источником питания, который обеспечивает недостаточную мощность, вы обнаружите, что напряжение зажато. Поскольку источник питания не может обеспечить необходимый ток, схема не может функционировать должным образом.
Поэтому перед выбором блока питания важно определить, сколько энергии потребляет схема. Тот же принцип применим и к цепям с солнечными батареями. Каждая солнечная панель производит номинальное количество тока, и важно найти правильный баланс для того, что нужно цепи.
Каждый мкА может повлиять на скорость разряда батареи. Если вы не будете осторожны с этим, вы можете увидеть, как батарея разряжается в течение нескольких минут.Понимание уровней энергопотребления
Некоторые схемы могут проводить большую часть времени в спящем режиме, с периодическими пиками энергопотребления
Расчет энергопотребления важен, но не менее важным является понимание различных уровней мощности что схема может потреблять. В то время как аналоговые часы могут потреблять постоянную мощность, большая часть электроники этого не делает. Схемы функционируют либо в режиме ожидания, либо в активном состоянии, либо в состоянии максимального энергопотребления.
Например, контроллер аварийной сигнализации будет оставаться в спящем режиме, где ток минимален, пока он не будет разбужен прерыванием. Затем он находится в активном состоянии, где потребляет больше энергии, считывая биометрические отпечатки пальцев и сравнивая их в своей базе данных.
При проектировании схемы важно предусмотреть ее использование. Оценка того, как часто устройство будет оставаться в активной стадии или стадии максимального энергопотребления, помогает определить мощность источника питания или срок службы батареи.
Как измерить потребляемую мощность цепи
Амперметр — самый быстрый способ облегчить измерение потребляемой мощности, но он весьма ограничен.
Используя амперметр, вы можете рассчитать энергопотребление конкретного экземпляра.
Однако амперметры предоставляют ограниченную информацию, поскольку они не дают полной картины характеристик энергопотребления, таких как пиковая потребляемая мощность, рабочий цикл и продолжительность различных уровней энергопотребления.
Для проведения углубленного анализа вам потребуется обратиться к осциллографу и использовать токоизмерительный щуп для измерения тока, протекающего в цепи. Эти показания сохраняются и могут использоваться для дальнейшего анализа. Таким образом, вы получите более четкое представление о потреблении тока в цепи.
Теперь, когда вы научились измерять энергопотребление схемы, пришло время построить ее с помощью подходящего программного обеспечения для проектирования печатных плат. OrCAD PCB Designer предоставляет все инструменты, необходимые для создания проекта с низким энергопотреблением.
Если вы хотите узнать больше о том, какое решение у Cadence есть для вас, обратитесь к нам и нашей команде экспертов.
Вы также можете посетить наш канал YouTube и посмотреть видеоролики о моделировании и системном анализе, а также узнать, что нового в нашем наборе инструментов для проектирования и анализа.
Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты. Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.
Подпишитесь на Linkedin Посетить сайт Больше контента от Cadence PCB Solutions
УЧИТЬ БОЛЬШЕИзмерение электроэнергии постоянного и переменного тока
Краткое описание
Введение в электроэнергию
[adsense1]
Мощность определяется как работа, выполняемая за определенное время, или просто скорость выполнения работы.
Электрическая мощность определяется как электрическая работа, совершаемая или рассеиваемая электрическая энергия в единицу времени.
Измеряется в джоулях в секунду, т. е. в ваттах. Мощность может быть величиной постоянного или переменного тока в зависимости от характера источника питания.
В случае цепей постоянного тока электрическая мощность является произведением напряжения на силу тока. Ниже приведены уравнения мощности в цепях постоянного тока.
Pdc = V × I Вт
= I 2 × R
= В 2 / R
ВаттметрВ цепях переменного тока электрическая мощность включает коэффициент мощности и произведение напряжения . В цепях постоянного тока напряжение и ток совпадают по фазе, поэтому мощность является произведением напряжения и тока.
Но в цепях переменного тока существует разность фаз между напряжением и током, а также время от времени меняются их мгновенные значения. Поэтому мгновенное значение мощности (которое является произведением мгновенного напряжения и мгновенного тока) не имеет большого значения в цепи переменного тока.
Средняя мощность вычисляется в цепях переменного тока, и это очень полезная величина. Из-за мгновенного колебания мощности она может быть отрицательной или положительной. Положительный знак указывает на потребление мощности нагрузкой, а отрицательный знак указывает на возврат мощности к источнику от нагрузки.
Наиболее часто используемым концентрирующим термином является рассеиваемая средняя мощность от нагрузки, Pavg. Средняя электрическая мощность в однофазной цепи переменного тока определяется как
Pavg = V × I × cos ϕ Вт
напряжение и ток этой цепи. V и I являются среднеквадратичными значениями напряжения и тока.
В случае трехфазных цепей переменного тока электрическая мощность выражается как
Pac = √3 × VL × IL × cos ϕ Вт
Где VL и IL — линейное напряжение и линейный ток соответственно.
[adsense2]
Измерение мощности в цепях постоянного тока
Метод – 1
Как было сказано ранее, мощность постоянного тока является произведением напряжения на нагрузке и тока через нагрузку.
Следовательно, мощность можно определить с помощью вольтметра и амперметра, подключив их в любом из приведенных ниже способов, и, следовательно, мощность можно рассчитать как произведение этих параметров.
На рисунке (а) амперметр измеряет общий ток в цепи, и этот ток представляет собой сумму тока через нагрузку и тока через вольтметр. Таким образом, измерение мощности включает в себя мощность, поглощаемую измерителем.
В конструкции (b) этого избегают, но вольтметр измеряет падение напряжения на амперметре в дополнение к напряжению на нагрузке и, следовательно, погрешность измерения. Эти ошибки называются ошибками вставки.
Однако этими ошибками можно пренебречь при сравнении I v с I и Va с V. Таким образом, измеренная мощность будет совпадать с истинной мощностью.
Поскольку вольтметр и амперметр более чувствительны, чем ваттметр, измеренное значение является более точным, чем полученное ваттметром. Поэтому мощность можно рассчитать по показаниям счетчиков.
P = V × I Вт
Метод – 2
Вышеописанный метод требует двух измерительных устройств, а также некоторых расчетов. Также возможно измерить мощность непосредственно одним измерителем, называемым ваттметром. Это электродинамический прибор, состоящий из пары неподвижных катушек и подвижной катушки.
Две фиксированные катушки называются катушками тока, соединенными последовательно с цепью и расположенными соосно с промежутком между ними. Эти токовые катушки несут ток, пропорциональный току нагрузки. Ток, протекающий через эти катушки, создает магнитное поле вокруг токовых катушек.
Подвижная катушка называется потенциальной катушкой, которая размещается между неподвижными катушками и имеет указатель, который перемещается по шкале, чтобы указать мощность. Эта потенциальная катушка подключена параллельно цепи и, следовательно, по ней протекает ток, пропорциональный напряжению на нагрузке.
Взаимодействие двух токов (или потоков, создаваемых этими токами) создает крутящий момент, благодаря чему стрелка перемещается.
Этот крутящий момент пропорционален произведению тока через неподвижные катушки и тока в подвижной катушке. Следовательно, отклонение указателя (или подвижной катушки) пропорционально мощности, рассеиваемой в нагрузке.
Схема подключения ваттметра для измерения мощности в цепи постоянного тока представлена на рисунке ниже. Ваттметр состоит из четырех клемм, а именно, сети (M), нагрузки (L), общего (C) и напряжения (V).
В этом случае клеммы M и L подключаются к обеим сторонам цепи нагрузки, а клеммы C и V подключаются поперек цепи. Для измерения мощности клеммы M и C должны быть закорочены, как показано ниже.
В настоящее время электронные ваттметры используются для измерения малой мощности, а также для измерения мощности, рассчитанной на более высокие частоты, чем ваттметры электродинамометрического типа.
Используются для высокоточных измерений. Электронные ваттметры могут быть аналогового или цифрового типа. Современный цифровой электронный ваттметр обеспечивает тысячи отсчетов напряжения и тока в секунду.
Также записывает значения мощности в память и отображает их на цифровом дисплее.
Измерение мощности в цепях переменного тока
Большинство измерений мощности переменного тока на частотах ниже 400 Гц выполняется с помощью ваттметра динамометрического типа. Этот измерительный прибор показывает непосредственно среднюю мощность, рассеиваемую нагрузкой.
В случае измерения однофазной мощности используется только один ваттметр, тогда как для измерения трехфазной мощности необходимо два ваттметра. В случае отсутствия ваттметров или неправильных измерений ваттметром применяют другие методы.
Измерение мощности в одиночных цепях переменного тока
Однофазная мощность может быть измерена несколькими способами, и общие методы этих измерений включают
- Метод трех вольтметров
- Метод трех амперметров
- Метод ваттметра
Метод трех вольтметров
Мощность в однофазной цепи можно измерить с помощью трех вольтметров, схема подключения для этого метода показана на рисунке ниже.
Здесь нагрузка индуктивная, V1, V2 и V3 — вольтметры, а R — чисто безиндуктивное сопротивление, включенное последовательно с цепью.
В приведенной выше схеме напряжение V1 представляет собой векторную сумму V2 и V3, т. е. V1 = V2 + V3. На векторной диаграмме ток в цепи I берется в качестве эталонного вектора, и, следовательно, V2 будет в фазе с I, в то время как V3 опережает ток на угол ϕ (из-за индуктивной цепи).
с фазорной диаграммы,
V1 2 = V2 2 + V3 2 + 2 V2 V3 COS ϕ
, но, V2 = IR
V1 2 = V2 2 + V110101 + V110101 + V2 2 + V110101 + V2 + V2 + V2 + V2 + V2 V1 2 .0101 2 = V2 2 + V3 2 + 2 PR т.к.
Также коэффициент мощности цепи,
cos ϕ = (V1 2 – V2 2 – V3 V3)
Этот метод не очень точен, поскольку небольшие погрешности вольтметра могут привести к серьезным ошибкам в измерении мощности.
Таким образом, точность зависит от погрешностей вольтметров. Из-за добавления сопротивления R напряжение питания может быть выше, чем напряжение нагрузки, а также на практике трудно получить неиндуктивное сопротивление.
Метод трех амперметров
Принципиальная схема измерения однофазной мощности с использованием трех амперметров показана ниже. В этом методе неиндуктивное сопротивление R подключается к индуктивной нагрузке с помощью трех амперметров.
Ток, измеряемый амперметром-1, представляет собой векторную сумму тока безиндуктивного сопротивления и тока через нагрузку.
На векторной диаграмме ток через неиндуктивное сопротивление I2 находится в фазе с напряжением в цепи, V. Здесь напряжение в цепи взято в качестве опорного вектора. А ток, измеряемый амперметром А3, отстает от напряжения на угол ϕ.
From the phasor diagram,
I1 2 = I2 2 + I3 2 + 2 I2 I3 cos ϕ
But, I2 = V/R
I1 2 = I2 2 + И3 2 + 2 (V/R) I3 cos ϕ
Так как мощность, P = V I3 cos ϕ,
I1 2 = I2 2 + I3 2 + (2 P)/7R 900
Следовательно, мощность
P = (I1 2 – I2 2 – I3 2 ) R / 2
2 – I3 2 ) / (2 I2 I3)
Преимущество этого метода в том, что мощность, определяемая этой схемой, не зависит от частоты питания и формы ее сигнала.
Метод ваттметра
Как обсуждалось измерение мощности постоянного тока, токовая катушка ваттметра динамометрического типа несет ток нагрузки, в то время как катушка давления несет ток пропорционально и в фазе с напряжением цепи.
Таким образом, отклонение счетчика зависит от токов этих катушек и коэффициента мощности цепи. Подключение для измерения однофазной мощности с помощью динамометрического ваттметра показано на рисунке ниже.
Для измерения мощности ток нагрузки должен проходить через катушку тока (C.C.) и, следовательно, она подключена последовательно с нагрузкой, тогда как напряжение на нагрузке должно появляться на катушке давления (P.C.) измерителя и следовательно, он подключен через нагрузку. Если ваттметр показывает мощность в ваттах, то
Вт = V I cos ϕ
Измерение мощности в трехфазных цепях переменного тока
Ваттметры электродинамометрического типа используются для измерения мощности трехфазного переменного тока, аналогично измерениям однофазного переменного тока.
. Измерение трехфазной мощности может применяться для сбалансированной или несбалансированной нагрузки, независимо от того, подключена ли нагрузка по схеме «звезда» или «треугольник».
Сбалансированная нагрузка означает, что величины всех импедансов равны, фазовые углы всех из них равны и имеют одинаковую природу либо всех резистивных, либо всех индуктивных, либо всех емкостных. В противном случае нагрузки называются неуравновешенными.
Трехфазную мощность можно измерить следующими методами.
- Метод трех ваттметров
- Метод двух ваттметров
- Метод одного ваттметра
Метод трех ваттметров
В этом методе три ваттметра подключаются к каждой из трех фаз независимо от того, подключена ли нагрузка треугольником или звездой. Алгебраическая сумма показаний, полученных этими тремя счетчиками, дает общую мощность, потребляемую нагрузкой.
Нагрузка, соединенная звездой
Схема подключения для измерения трехфазной мощности для нагрузки, соединенной звездой, приведена ниже.
Катушка тока каждого ваттметра пропускает ток через эту фазу, в то время как катушка давления измеряет фазное напряжение этой фазы.
Таким образом, каждый ваттметр измеряет мощность одной фазы, а алгебраическая сумма этих показаний дает мощность трех фаз. В этом методе для подключения ваттметров требуется нейтральное соединение.
Нагрузка, соединенная треугольником
Схема подключения для измерения трехфазной мощности для нагрузки, соединенной треугольником, приведена ниже. Это также похоже на нагрузку, соединенную звездой, где трехфазная мощность получается путем алгебраической суммы трех отдельных показаний ваттметра.
Однако этот метод невозможен, так как для подключения ваттметров необходимо разорвать цепь нагрузки.
Нет необходимости использовать три ваттметра для измерения трехфазной мощности, но для измерения достаточно двух ваттметров.
Метод двух ваттметров
Метод двух ваттметров для измерения мощности в трехфазной цепи показан ниже для нагрузок, соединенных звездой и треугольником.
В этом методе токовые катушки ваттметров вставляются в любые две линии, а их потенциальные катушки подключаются к третьей линии.
Сумма мгновенных мощностей, измеренных этими двумя ваттметрами, дает мгновенную мощность, потребляемую всеми тремя нагрузками.
Прежде чем рассматривать напряжение на цепях и ток через каждый ваттметр, следует отметить, что направление напряжения по цепи такое же, как и принятое для тока при снятии показаний с ваттметров. 9
Мгновенный ток через ваттметр-1, I1 = I Мгновенное напряжение на ваттметре-1, V1 = V R = V R – V B
Мгновенная мощность, измеренная ваттметром-1, P1 = I R (V R – V B 90)
Мгновенный ток через ваттметр-2, I2 = I Y
Мгновенное напряжение через ваттметр-2, V2 = V RB = V Y – V B
Мгновенная мощность, измеренная ваттметром-2, P2 = I Y (V Y – V B )
Следовательно, W1 + W2 или P1 + P2 = IR (V R – V B ) + I Y Y (V Y – V B )
= I R V R + I Y V Y –V B (I R + I Y )
Так как I R + I Y + I Y B ), то по закону Киршкординга I R + I Y = –I B
Therefore, W1 + W2 = I R V R + I Y V Y +V B I B = P1 + P2 + P3
Где P1 — мощность, потребляемая нагрузкой L1, P2 — мощность, потребляемая L2, а P3 — нагрузка L3.
