Потужність

Потужність змінного струму — поняття, види, формули



Показник потужності змінного струму характеризує темп передачі або видозміни електроенергії. Потужність – це величина, отримана від добутку сили струму і напруги на обраній ділянці ланцюга.

У Міжнародній Сі застосовується позначення Ватт (інтернаціональне – W, в Україні — Вт).

Види струму на графіку
Координати: абсциса – час, ордината – вольтаж.

Загальне поняття

Електрична напруга визначається як відношення роботи поля по перекиданню пробного заряду з однієї заданої точки в іншу до розміру потенціалу. При дислокації одиничного резерву виконується робота, яка дорівнює напрузі на шуканому ділянці. Загальну потужність отримують множенням роботи електричного поля для одиничного заряду на число потенціалів за певну одиницю часу.

У змінній електричного кола виділяється 3 види потужності:

  • активну P;
  • реактивну Q;
  • повного типу S.

У ланцюзі змінного струму формула для розрахунку постійного струму застосовується тільки для обчислення миттєвої потужності. Цей показник зазнає змін у часі і майже не має практичного сенсу для всіх інших розрахунків.

Середньозначимий показник потужності вимагає тимчасової інтеграції. Миттєва потужність об’єднується протягом певного проміжку для розрахунку величини в магістралі з періодичною зміною сили змінного потоку і синусоїдальної напруги.

Застосовується концепція комплексних чисел для зв’язування всіх трьох видів потужності. Це поняття означає, що в змінному ланцюзі навантаження виражається подібним числом так, що активний різновид струму представляється дійсною складовою.

Реактивний показник виступає уявним показником, а повна потужність показується у формі модуля. У цих розрахунках бере участь кут зсуву фаз φ, який є аргументом балансу потужностей в ланцюзі змінного струму.

Електроопори для повітряних ліній електропередачі
Електроопори для повітряних ліній електропередачі

Активна потужність

Активна потужність виражається також через взаємне відношення сили потоку, напруги до значення активної складової опору. У магістралі синусоїдального і несинусоїдального руху електронів активне навантаження прирівнюється до суми аналогічних значень на окремих ділянках.

Для визначення середнього періодичного розміру використовується активна потужність змінного струму, формула розрахунку

P = U ⋅ I ⋅ cos φ

де:

  • U – напруга.
  • I – сила потоку.
  • φ – кут зміщення фаз.

Середній показник миттєвої швидкості перетворення в однофазному ланцюгу береться у вигляді середньоквадратичного значення струму і напруги з певним кутом зсуву. У ланцюгах несинусоїдального струму потужність прирівнюється до суми відповідних показників окремих переміщень. За допомогою активної потужності характеризується інтенсивність незворотної видозміни електроенергії в інші різновиди, наприклад, електромагнітну або теплову.

Прохідна потужність використовується в якості активної в концепції довгих магістралей для аналізу електромагнітних течій, протяжність яких зіставляється з розмірністю хвилі. Шукане значення розраховується як різниця між потужностями що знижуються і що відбивається. Від властивостей коефіцієнта кутового зміщення залежать отримані показники негативного або позитивного навантаження активного типу.

Дві високовольтні лінії електропередачі змінного струму на одній опорі
Дві високовольтні лінії електропередачі змінного струму на одній опорі

Реактивна характеристика

Для позначення застосовується додатково одиниця вольт-ампер реактивний (Вар). В українських аналогах використовується Вар, а міжнародні фахівці застосовують var. В Україні одиниця допускається для електротехнічних розрахунків у формі позасистемного значення.

Знаходження проводиться за формулою:

P = U ⋅ I ⋅ sin φ (синус),

де:

  • U – середньоквадратична напруга.
  • I – середньоквадратична сила потоку.
  • φ – кут фазного зміщення, значення синуса, визначаються за таблицями.

При діапазоні показника від 0 до 90º (струм відстає від напруги, а навантаження носить активно-індуктивний вигляд) синус φ матиме позитивне значення. При кутовому зсуві від 0 до – 90º (потік електронів випереджає навантаження, потужність відрізняється активно-ємнісною властивістю) константа завжди показує негативний знак.

Реактивна потужність характеризує напруженість, яка виникає в електромеханічних приладах і ланцюгах при зміні енергетичних хвиль поля в магістралі змінного синусоїдального потоку.

У фізичному сенсі реактивне навантаження показує енергію, яка перекачується від джерела струму на конденсатори, індуктори, рухові обмотки, а згодом повертається до джерела за один коливальний період.

Реактивна потужність не бере участі в роботі електроструму. У разі позитивної характеристики пристрій споживає енергію, а навантаження з негативним знаком говорить про виробництво енергії.

Ця обставина розглядається в умовному контексті, тому що майже всі енергоспоживаючі прилади, наприклад, двигуни асинхронної роботи, а також корисне навантаження, що подається через трансформатор, відносяться до активно-індуктивних видів.

Синхронні двигуни електростанцій одночасно виробляють і споживають енергію в залежності від максимальної величини електроструму збудження в роторних обмотках. Ця особливість застосовується для координації рівня навантаження в магістралі в електротехніці.

За допомогою сучасних перетворювачів проводиться компенсація реактивного навантаження, щоб уникнути перевантажень і для збільшення коефіцієнта потужності електроустановок.

Прилади більш точно оцінюють розмір енергії, яка надходить у зворотному напрямку від індуктора до джерела змінного струму.

ЛЕП

Повне навантаження

Показник використовується у фізиці для опису споживаної потужності, яка додається до підвідних агрегатів електромережі з використанням резисторів. Підсумовуються параметри ЕРС:

  • розподільних щитків;
  • кабелів;
  • проводів;
  • ЛЕП;
  • трансформаторів.

Повне навантаження можна розрахувати за формулою:

S = U ⋅ I

де:

  • S – параметр повного навантаження (В/а).
  • U – розрахункове навантаження в генераторі.
  • I – комплексний показник сили струму в поєднанні з обмотувальним значенням.

Параметр темпу перетворень залежить від характеристик застосовуваного струму, а не від властивостей фактично використаного навантаження. З цієї причини повна потужність розподільних електрощитів і трансформаторних агрегатів вимірюється в вольт-амперах, а значення ватт до неї не застосовується.

Робота в різних умовах

Модуль комплексного показника інтенсивності пересування дорівнює показнику повного навантаження. Дійсна складова частина прирівнюється до активної сили, а уявна вважається реактивним видом.

Тут має місце позитивний або негативний знак, що залежить від інтенсивності завантаженості ланцюга. Комплексна потужність повинна відповідати сполученому електричному опору. Позитивне навантаження характеризується співвідношенням Р > 0, а знак мінус проявляється в разі Р < 0.

Вимірювання потужнісних характеристик змінного потоку електронів проводиться при пропущенні рівного за значенням струму по фазних провідниках. Показники сили течії заряджених частинок із застосуванням нульового провідника мають незначну розмірність.

Рівномірне або симетричне фазове навантаження в трифазній магістралі залежить від величини струмів, що протікають. Нерівномірне або несиметричне навантаження залежить від проходження току по нейтральних або нульових кабелях. Загальний рівень потужності знаходиться підсумовуванням.

Якщо присутній фазовий зсув між напругою і силою струму, то він збігається з кутом зміщення між векторними радіусами показників електроструму.

В умовах змінної напруги збіг векторних радіусів струму і вольтажу відзначається тільки при відсутності в ланцюзі конденсаторів і котушок індукції. Установка індукторів не заважає збігу фазних значень. При цьому відбувається векторне обертання рівної інтенсивності. Графік зміщення внутрішнього кута залишається постійним.

Якщо в магістралі відбувається зрушення напруги і змінного струму, то показники потужності представляються значенням з негативним знаком, оскільки калькулятор перемножує позитивні і негативні величини.

Тривалість періодів залежить від рівня зміщення фаз. При цьому тривалість негативних навантажень визначає характеристики зсуву. При розрахунках використовуються показники опору, які знайомі з фізичного закону Ома.

Коефіцієнт швидкості перетворення

Коефіцієнт швидкості перетворення

Коефіцієнт потужності є показником споживання струму при присутності реактивного компонента і спотворюваного навантаження. Значення коефіцієнта відрізняється від поняття косинуса зсувного кута. Друге поняття характеризується зміщенням протікаючого змінного струму, напруги і використовується тільки при синусоїдальному струмі і силі рівного значення.

Коефіцієнт дорівнює відношенню навантаження, що витрачається до його повного значення. При цьому робота відбувається за рахунок активного виду перетворення. При синусоїдальному струмі і вольтажі повне навантаження знаходиться у вигляді суми реактивної і активної форм.

Активне навантаження прирівнюється до усередненого добутку сили струму і напруги і не може бути вище добутку аналогічних середньоквадратичних розмірностей. Коефіцієнт потужності показується в діапазоні від 0 до 1 або записується у відсотках від 0 до 100.

При математичному розрахунку числовий множник інтерпретується в якості косинуса кута між струмовими векторами і напрямком прикладення вольтажу. Тому при синусоїдальних характеристиках розмірність коефіцієнта може збігатися з косинусом кута.

Якщо застосовується тільки синусоїдальний вольтаж, а струм використовується несинусоїдальний з навантаженням без реактивного компонента, то числовий перехідник дорівнює частині навантаження при перших спотвореннях споживчого струму.

Якщо реактивний елемент присутній в навантаженні, то, крім потужності коефіцієнта, вказується характер роботи (ємнісно-активний або індуктивно-активний). Коефіцієнт в цих випадках відрізняється і є відстаючим або випереджаючим значенням.

Синхронні двигуни електростанцій
Синхронні двигуни електростанцій

Практичне застосування і корекція

Якщо до розетки з синусоїдальною напругою 50 Гц і 230 В під’єднати навантаження з випередженням або відставанням струму від напруги на якусь кутову величину, то на активній внутрішній котушці буде створюватися збільшена потужність. Це означає, що при роботі в таких умовах виділяється багато тепла, і електростанція відводить його в збільшеній кількості, в порівнянні із застосуванням активного навантаження.

Коефіцієнти корисної дії і потужності відрізняються один від одного. Показник потужності не впливає на споживання приймача, підключеного до мережі, але змінює енергетичні втрати в підводних проводах і місцях вироблення енергії або її перетворення.

Вдома електролічильник не реагує на прояв потужності, оскільки оплачується тільки та Енергія, за рахунок якої працюють прилади.

ККД впливає на споживане активне навантаження. Наприклад, енергозберігаюча лампа споживає в півтора рази більше електрики, ніж аналогічний прилад розжарювання. Це говорить про високий коефіцієнт корисної дії у першої лампи. Але показник навантаження може бути низьким і високим в обох варіантах.

Корекція полягає в приведенні споживання приладу з низьким коефіцієнтом потужності до стандартних показників при живленні від силового ланцюга змінного струму. Технічно це здійснюється застосуванням дієвої схеми на вхідному пристрої, яка допомагає рівномірно використовувати фазну потужність і виключає перевантаження нульового проводу. При цьому знижуються сплески споживчого струму на верхівці синусоїди живлячого вольтажу.

Реактивне навантаження коригується при включенні в магістраль елемента зі зворотною дією. Наприклад, в двигуні змінного струму для компенсації дії ставиться конденсатор паралельно лінії живлення. Застосовується система активного або пасивного коректора при зміні використовуваного струму під час коливального періоду підживлюючої напруги для перетворення коефіцієнта. Простим прикладом є послідовне підключення дроселя. При цьому кінцеві прилади споживають струм непропорційно гармонійним спотворень, адже котушка згладжує хвильові імпульси.

Leave a Reply

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *