Мощность электрического тока

Что такое мощность в электричестве: просто о сложном

Вспомнился эпос про Илью Муромца, когда он приложил все свои силы к соловью-вору. Бедняга сразу высыпал искры из глаз, как пламя с фото выше на плохо установленный жгут проводов.

Проще говоря: мощность в электричестве – это характерная мощность энергии, которая оценивается как способностью генераторных установок вырабатывать ее, так и мощностью потребителей и транспортными маршрутами.

Все эти участки необходимо тщательно собрать и отрегулировать, чтобы обеспечить безопасную работу. Как только в каком-то месте возникает неисправность, по всей схеме развивается авария.

Когда дело касается бытового электрооборудования, нужно постоянно находить баланс между:

1. устройства, подключенные к сети;
2. строительство проводов и кабелей;
3. установка защитных устройств.

Только комплексное решение этих трех проблем может обеспечить безопасность электропроводки и жителей.

Как рассчитать электрическую мощность в быту

Формулы расчета мощности в электричестве позволяют провести качественную оценку безопасности каждого из вышеперечисленных элементов.

Использовать их несложно. Я уже приводил в предыдущих статьях листок-вкладыш для электриков, где они в наглядном виде размещены для цепей постоянного тока.

Они полностью применимы для активного компонента переменного тока, который выполняет полезную работу. Кстати, кроме него есть еще бесполезный – реактивный, связанный с потерями энергии. Второй раздел посвящен его описанию.

такие расчеты удобно проводить с помощью онлайн-калькулятора. Устранение обычных математических и арифметических ошибок.

При любом из методов расчета активной мощности необходимо знать две из трех электрических величин:

1. текущий i;
2. приложенное напряжение U;
3. сопротивление участка цепи R.

Как измерить электрическую мощность дома

Есть еще одна возможность оценки активной мощности – измерение ее в токовой цепи специальными приборами – ваттметрами.

Промышленный лабораторный ваттметр может обеспечить точные измерения. Он выпускается как устройство, работающее на аналоговых сигналах, так и с использованием цифровых технологий.

В домашней электропроводке никаких точных расчетов не требуется. Для нее производятся различные типы более простых ваттметров.

Популярны устройства, которые потребитель может подключить к розетке и подключить к шнуру питания, включите их и сразу же снимите показания на дисплее в ваттах.

Называются они так: розетка ваттметра. Они измеряют чисто активную мощность переменного тока.

Такие устройства избавляют электрика от проведения сложных операций под напряжением, когда необходимо измерить:

• эффективное напряжение;
• сила тока;
• фазовый угол между векторами тока и напряжения.

Затем все данные также необходимо ввести в формулу для расчета мощности по току и напряжению, чтобы производить расчеты по ней.

Этот метод можно упростить, внимательно наблюдая за показаниями электросчетчика индукционной системы с вращающимся диском. Важна безупречная работа: мощность, потребляемая за определенное время.

Однако скорость вращения диска характеризует только величину расхода. Вам просто нужно посчитать, сколько раз он повернется за одну минуту и ​​перевести в ватты по табличке, расположенной на корпусе.

Почему реактивное сопротивление схемы влияет на мощность переменного тока

Синусоидальная гармоника напряжения, входя в резистивное сопротивление, изменяет амплитуду тока, не отклоняя его на комплексной плоскости.

Такой ток выполняет полезную работу с минимальными потерями энергии, генерируя активную мощность. Частота колебаний сигнала на это не влияет.

Сопротивление конденсатора и индуктивность зависит от частоты гармоники. Его реакция отклоняет направление тока на каждом из этих элементов в разные стороны.

Эти процессы связаны с потерей части энергии из-за ненужных преобразований. Они потребляют мощность Q, называемую реактивной, влияние которой на общую мощность S и на связь с активным P удобно графически представить в виде прямоугольного треугольника.

Я хотел нарисовать это на фоне оборудования из груд фарфора и металла, над которым мне пришлось долго работать. Не судите его строго.

Сравните это с треугольником сопротивления, который я разместил ранее. Вы находите общие характеристики?

Это геометрические пропорции фигуры, описывающие их формулы, и угол, определяющий общую потерю мощности. Перехожу к их более подробному рассмотрению.

Разомкнутые и замкнутые цепи

Начнем с простейшей схемы фонарика и она уже будет отталкивать

Здесь мы видим три радиоэлемента: блок питания Bat, переключатель S и патрон с крестом внутри или лампочку. Все это вместе называется электрической цепью. Поскольку по цепи не течет электрический ток, такая цепь называется разомкнутой.

Но как только мы включим выключатель, наш свет сразу загорится. Такая цепочка уже будет называться закрытой.

Электроэнергия и источник питания

Теперь давайте подробнее рассмотрим нашу схему. Для удобства немного расширим его по пространству, игнорируя ГОСТ на обозначение источника питания:

Как мы помним из прошлой статьи, электрический ток идет из точки с более высоким потенциалом, то есть из плюса, в точку с меньшим потенциалом, то есть из минуса. Или проще: от большего к меньшему. На данный момент наш переключатель разомкнут. Можно сказать, что мы «разрубили» нашу схему переключателем. Электрики и электронщики говорят, что цепь «сломана». Нет тока, свет не горит.

Но здесь ловким движением руки мы ловко нажимаем на переключатель, и наша цепь замыкается:

Дорога открыта для электрического тока и течет от плюса к минусу через лампочку накаливания, которая начинает ярко светиться.

Вроде бы все понятно, но не до конца. Кто или что заставляет лампочку светиться? Он не только сверкает, но и согревает!

Что было первым во Вселенной? Говорят время, даже если я думаю энергия). Энергия ниоткуда не приходит и никуда не исчезает. Это закон сохранения энергии, так что «бреют» любители вечных двигателей).

В этом эксперименте наша лампочка загорается и нагревается. Оказывается, лампочка излучает и тепловую, и световую энергию. Вы ведь не забыли, что лучи света передают энергию? Например, в повседневной жизни мы используем солнечные батареи, чтобы получать электрический ток от лучей.

Но теперь вопрос в следующем. Если лампочка излучает световую и тепловую энергию, откуда она ее берет? Очевидно из источника энергии. Фраза «источник энергии» уже говорит сама за себя. Наша лампочка питается напрямую от источника по проводке. Энергия, протекающая по проводам, называется электричеством.

А откуда БП? Здесь уже есть несколько способов выработки электроэнергии. Это может быть падающая струя воды, которая вращает мощные лопасти поворотного стола, который работает как генератор. Это могут быть химические реакции в аккумуляторах и акумах. Также это может быть солнечная панель или даже некий элемент типа Пельтье, способный генерировать электрический ток под действием разницы температур. Способов много, но эффект один. Поднимите ЭДС.

Электрический ток и нагрузка

В игру вступает закон Ома. Как я уже писал, это самый важный закон во всей электронике. Что такое лампочка по сути? Это вольфрамовая проволока в стеклянной колбе с вакуумом. Вольфрам – это металл, поэтому он может проводить через себя электрический ток. Но вся шутка в том, что при некотором напряжении он нагревается и начинает светиться. То есть отдать энергию космосу в виде тепла и излучения.

В холодном состоянии вольфрамовая нить имеет меньшее сопротивление, чем нить накаливания, более чем в десять раз. Таким образом, лампочка – это как резистор в электрической цепи. В этой статье я взял лампочку, чтобы наглядно показать нагрузку. Заряд – от слова «заряд». Источнику энергии не нравится, когда он должен излучать энергию. Любит работать без нагрузки 😉

Теперь давайте рассмотрим гидравлику и механику.

У нас есть трубка, по которой вода течет бурным потоком. К трубке прикреплена вертушка, похожая на водяное колесо. Лопасти поворотного стола вращают вал.

Рисовал рисунок по всем догмам рисунка: основной вид и его разрез справа.

Если к валу ничего не прилипает, струя воды резко течет через трубку и раскручивает колесо, которое, в свою очередь, раскручивает вал. Это можно назвать режимом холостого хода водяного колеса, то есть режимом холостого хода.

Но что будет, если мы начнем использовать вращение вала в наших интересах? Например, можем ли мы соединить вал водяного колеса с валом мини-мельницы с помощью муфты?

Думаю, многие из моих читателей сразу догадаются, что водяное колесо начнет тормозить, раз уж мы заставили его работать. Наше дерево больше не сможет простаивать. Скорость будет ниже. То есть в нашем случае у нас есть нагрузка на дерево. Что будет с протеканием воды в трубе? Он замедлится, так как лопасти вала не позволят воде бесшумно течь по трубке. Следовательно, общий поток воды в трубу будет меньше, чем ДО минимума вала.

Что, если загрузить купе так, чтобы он поднимал грузовой лифт?

Думаю, вся структура будет нацелена именно на это. То есть большая нагрузка станет для дерева невыносимой. А если бы мы сделали лопасти поворотного стола так, чтобы они полностью перекрывали диаметр трубы, поток жидкости вообще прекратился бы.

Давайте рассмотрим другой пример. Все та же картина:

Предположим, мы прикрепили наждак к валу, и электродвигатель был удален из этой конструкции. И мы решили кое-что отполировать.

Итак, что мы получаем в результате? Если слегка надавить на шлифовальный круг, шлифовальный круг начнет замедляться и вращаться с другой скоростью. Если надавить на круг сильнее, скорость вала уменьшится еще больше. Если сила нашего дерева слабая, мы можем получить ее сильным давлением на круг, полностью остановив дерево. Так что ничего резкого не будет…

Вернемся к мини-мельнице снова

Что будет, если поток воды в трубе увеличится в несколько раз? Мельница так повернется, что ее нахрен сломает! Что делать, если поток воды в трубе очень слабый? Конечно, мельница будет измельчать одно-два зерна в час. Хотя, опять же, при большом течении воды мы легко можем поднять лифт.

Мощность электрического тока

Чтобы показать, что к чему, возьмем две лампы на 12 Вольт, но разной мощности. Еще выставил на блоке питания 12 Вольт и собираю все по схеме, которая мелькала в начале статьи

Мой блок питания может выдавать на нагрузку 150 Вт без пара. Беру лампочку от мопеда и подключаю

Посмотрим на текущее потребление. 0,71 ампер

Мы рассчитываем сопротивление нити накаливания лампочки по закону Ома I = U / R, поэтому R = U / I = 12 / 0,71 = 16,9 Ом.

Беру галогенную лампу от автомобильной фары и тоже подключаю к питанию

Посмотрим на потребление. 4,42 ампер

Аналогично рассчитываем сопротивление нити накала лампы. R = U / I = 12 / 4,42 = 2,7 Ом.

Теперь давайте разберемся, какая лампочка «истощает» больше всего ватт от источника питания. Вспомните школьную формулу P = UI. Итак, для маленькой лампочки мощность будет P = 12 × 0,71 = 8,52 Вт. А для большой лампочки мощность будет P = 12×4,42 = 53 Вт. Ой! Мы поняли, что лампочка, у которой сопротивление меньше, на самом деле очень прожорливая.

Так что если кто не помнит, что такое сила, могу вам напомнить. Мощность – это отношение полезной работы ко времени, в течение которого эта работа была сделана. Например, вам нужно выкопать яму определенного размера. Вы с лопатой, а ваш друг с экскаватором:

Кто выполнит задачу быстрее за тот же период времени? Экскаватор, конечно. В этом случае можно сказать, что его мощность намного превосходит мощность человека с лопатой.

А теперь представьте, что вам нужно полностью измельчить этот кусок железа до нуля:

Задумайтесь над этим вопросом… У нас есть 5 минут и надо по максимуму отшлифовать железку. В таком случае железка изнашивается быстрее: если прижать ее к абразивному кругу всем препаратом, прижать ее слегка или наполовину? Не будем забывать, что к валу прикреплен абразивный круг, который заставляет поток воды в трубке вращаться. И да, у нас есть трубка небольшого диаметра.

Кто ответил, что если нажимать нехотя, то был прав. Железка в этом случае быстрее шлифуется. Если ударить его со всем безумием, можно вообще остановить круг. Опять же, в чем наша сила? Полезная работа, проделанная со временем. А по нашему опыту полезная работа – измельчить железку на максимальной скорости. Также не стоит забывать о моменте, когда если слегка надавить на железку, мы полдня ее стачиваем. Поэтому золотая середина – нехотя раздавить железку.

Что ж, вернемся к электронике 😉

Поток воды – это сила тока, давление в трубке – это натяжение, давление куска железа на обод – это сопротивление. И чего мы добились в результате? И тот факт, что лампочка с меньшим сопротивлением имеет большую мощность, чем лампочка с более высоким сопротивлением. Несложно догадаться, просто взглянув на фото, но живой эффект лучше

Но обязательно ли, чтобы чем меньше сопротивление, тем больше мощность передавалась нагрузке? Очевидно нет. Во всем необходим расчет, как и в прошлом опыте, когда железка была заточена за определенное время.

И, конечно же, есть еще один фактор, который следует учитывать. Это давление в трубке. Подумайте, мы затачиваем и затачиваем железку, и вдруг давление в трубе начало расти. Может, вышка переполнена, или кто-то открыл кран на максимум. Что будет с наждаком? Его обороты будут ускоряться, так как сила потока воды в трубе увеличится и, следовательно, мы будем шлифовать нашу железку еще быстрее.

Закон Джоуля-Ленца

В том случае, если на участке цепи не производится никаких механических работ и ток не вызывает химического воздействия, нагревается только проводник. Нагретый проводник передает тепло окружающим телам.

Закон, определяющий количество тепла, выделяемого проводником с током в окружающую среду, был впервые экспериментально установлен английским ученым Д. Джоулем (1818–1889) и русским Э. Х. Ленцем (1804–1865). Закон Джоуля-Ленца формулируется следующим образом:

Закон Джоуля-Ленца

Количество тепла, выделяемого проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени, в течение которого ток проходит через проводник.

Q = I2RΔt

Количество тепла измеряется в Джоулях (Дж).

Пример № 2. Определите, сколько тепла было выделено за 2 минуты от проводника с напряжением 12 В и сопротивлением 2 Ом.

Мы используем закон Ома и закон Джоуля-Ленца:

Q = I2RΔt = (UR ..) 2Δt = U2R..Δt = 1222 .. = 72 (Дж)

Формула мощности для постоянного электрического тока

Поэтому формулы мощности в электронике выглядят так:

Следовательно, A = IUt

где это находится,

А полезная работа, Джоуль

t – время, секунды

U – напряжение, Вольт

I – сила тока, Ампер

P – сама фактическая мощность, Вт

R – сопротивление, Ом

Как видите, формула P = I2 R говорит нам, что небольшое сопротивление не всегда дает большую мощность и что мощность во многом зависит от силы тока. Как увеличить силу тока? Добавьте напряжение ;-). Закон Ома работает всегда и везде.

А из формулы P = U2 / R видно, что чем ниже сопротивление и выше напряжение в цепи, тем больше мощность, отводимая нагрузке. Что такое распределение мощности нагрузки? Это может быть тепло, свет, какая-то механическая работа и т.д. Короче говоря, производство полезной энергии для наших нужд.

Мощность электрического тока через напряжение и ток

Поскольку разность потенциалов (F1-F2) соответствует напряжению (U), несложно сделать вывод о допустимости использования соотношений, определенных в законе Ома. Мощность (P) также характеризуется током (I) в определенном участке цепи. Окончательное выражение:

P = U * I.

Обозначение мощности по международной системе СИ – ватты (Вт). Для малых и больших значений используется несколько префиксов: «милли», «микро», «мега» и другие. Разобраться, как указывается потенция, несложно:

5800 Вт = 5,8 кВт = 5,8 кВт.

Мощность электрического тока через напряжение и сопротивление

По аналогии с предыдущим рассуждением, мы можем выразить мощность следующим образом:

P = U2 / R.

Чему равна мощность электрического тока через ток и сопротивление

Расход энергии определяется простыми преобразованиями следующим образом:

P = I2 * R.

В этом и предыдущем разделе показана зависимость мощности от номинала подключенного резистора. При рассмотрении полной схемы учитывается внутреннее сопротивление источника и проводимость соединений.

Чтобы не ошибиться в расчетах, вы можете скопировать этот рисунок с основными формулами.

Формулы расчета мощности

Мощность – это физическая величина, равная отношению объема работы ко времени, необходимому для ее выполнения.
Мощность электрического тока (P) – это величина, характеризующая скорость преобразования электрической энергии в другие виды энергии. Международная единица измерения – ватт (Вт / Вт).

– Мощность по току и напряжению (постоянный ток): P = I × U
– Мощность по току и напряжению (однофазный переменный ток): P = I × U × cos φ
– Мощность по току и напряжению (трехфазный переменный ток): P = I × U × cos φ × √3
– Мощность по току и сопротивлению: P = I2 × R
– Мощность для напряжения и сопротивления: P = U2 / R

• I – сила тока, А;
• U – напряжение, В;
• R – сопротивление, Ом;
• какой коэффициент мощности.

Расчет косинуса фи (cos φ)

– угол смещения между фазой тока и напряжения, и если последнее опережает ток, смещение считается положительным, если отстает, то отрицательным.

cos – безразмерная величина, равная отношению активной мощности к общей мощности и показывающая эффективность использования энергии.

Формула для вычисления косинуса фи: cos = S / P

• S – полная мощность, ВА (Вольт-амперы);
• P – активная мощность, Вт.

Активная мощность (P): реальная, полезная, реальная мощность, эта нагрузка поглощает всю энергию и преобразует ее в полезную работу, например, в свет лампочки. Фазового сдвига нет.

Формула для расчета активной мощности: P (Вт) = I × U × cos φ

Реактивная мощность (Q) – мощность без ватт (бесполезная), которая характеризуется тем, что не участвует в работе, а передается источнику. Наличие реактивной составляющей считается вредной характеристикой схемы, поскольку основное назначение имеющегося блока питания – снизить затраты, а не перекачивать его туда-сюда. Этот эффект создают катушки и конденсаторы.

Формула для расчета реактивной мощности: P (VAR) = I × U × sin φ

Полная мощность устройства (S) – это общее значение, которое включает как активную, так и реактивную составляющие мощности.

Формула для расчета полной мощности: S (VA) = I × U или S = ​​√ (P2 + Q2).

Косинус фи для различных потребителей – таблица

Имя устройства	потому что
Водонагреватель	1
Болгарский	0,8
Вакуумный насос	0,85
Индукционные печи	0,85
Компрессор	0,7
Компьютер	0,95
Кофеварка	1
Газоразрядные лампы	0,4-0,6
Флюоресцентные лампы	0,95
Лампы накаливания	1
Нагреватель	1
Пирсинг	0,85
Пылесос	0,9
Микроволновая печь	1
Стиральная машина	0,9
Телевидение	1
Железо	1
Фен	1
Холодильник	0,95
Электрическая дрель	0,85
Электродвигатели	0,7-0,8
Электрическая плита	1
Электродуговая сварка	0,3-0,6
Чайник	1

Мощность электрического тока расчет и формулы

Чтобы рассчитать текущую мощность в ваттах, умножьте ток в амперах на напряжение в вольтах. Обозначьте мощность электрического тока латинским символом P, так что приведенное выше правило можно записать в виде математической формулы P = I × U (1).

Мы используем эту формулу на практике. Необходимо рассчитать, сколько электрического тока необходимо для нагрева нити лампы, если напряжение нити составляет 4 В, а ток нити – 75 мА. P = 0,075 А × 4 В = 0,3 Вт. Мощность электрического тока можно определить и другим способом. Например, мы знаем силу тока и сопротивление цепи, но напряжение неизвестно, поэтому воспользуемся соотношением закона Ома: U = I × R Подставим правую часть формулы (1) IR вместо напряжения U. P = I × U = I × IR или P = I2 × R.

Рассмотрим пример расчета: какая мощность теряется в реостате с сопротивлением 5 Ом, если через него протекает ток, с силой 0,5 А. По формуле (2) рассчитываем:. P = I2 × R = 0,52 × 5 = 0,25 × 5 = 1,25 Вт. Кроме того, мощность электрического тока может быть рассчитана, если напряжение и сопротивление известны, но величина тока неизвестна.

Для этого вместо силы тока I в формулу подставляется соотношение U / R, поэтому формула принимает следующий вид: P = I × U = U2 / R (3) Давайте проанализируем другой практический пример, используя эту формулу при падении напряжения на реостате с сопротивлением 5 Ом 2,5 вольт мощность, потребляемая реостатом, будет определяться: P = U2 / R = (2,5) 2/5 = 1,25 Вт; Вывод: Чтобы найти мощность, необходимо знать любые две величины закона Ома. Мощность электрического тока равна произведенной с течением времени работе тока. P = A / t

Основные электрические формулы

Работа электрического тока

Проходя по цепи, ток работает. Например, если поток воды направлен на лопасти генератора, пони будет работать за счет вращения лопастей. Точно так же работает ток, движущийся по проводнику. И работа эта тем больше, чем больше величина тока и напряжения. Работа электрического тока, выполняемая на участке цепи, прямо пропорциональна силе тока, напряжению и времени действия тока. Работа электрического тока обозначается латинским символом A. Поскольку произведение I × U – это мощность, формулу для работы электрического тока можно записать: A = P × t

Единицей измерения работы электрического тока является ватт в секундах или джоулях. Следовательно, если мы хотим рассчитать работу, совершаемую током, работающим в цепи в течение временного интервала, нам нужно умножить мощность на время. Рассмотрим практический пример, используя реостат с сопротивлением 5 Ом, ток 0,5 А. Необходимо посчитать, какую работу ток будет делать за четыре часа. Запуск в течение одной секунды будет: P = I2R = 0,52 × 5 = 0,25 × 5 = 1,25 Вт,

Итак, через 4 часа t = 14400 секунд. Следовательно: A = P × t = 1,25 × 14 400 = 18 000 ватт-сек. Ватт-секунда или джоуль считаются слишком малыми для измерения работы. Поэтому на практике используется единица измерения, которая называется ватт-час (Втч). Один ватт-час равен 3600 Дж. В электротехнике используются еще более крупные единицы: гектоватт-часы (ГВтч) и киловатт-часы (кВтч): 1 кВтч = 10 ГВтч = 1000 Втч = 3600000 Дж, 1 ГВтч = 100 Втч = 360 000 Дж, 1 Втч = 3600 Дж.

Мощность электрического тока

Как рассчитать сопротивление и мощность

Допустим, вы хотите выбрать токоограничивающий резистор для питания цепи освещения. Нам известно напряжение питания бортовой сети «U», равное 24 Вольт, и потребляемый ток «I» 0,5 Ампер, которые нельзя превышать. По выражению (9) закона Ома рассчитываем сопротивление «R». R = 24 / 0,5 = 48 Ом. На первый взгляд определяется номинал резистора. Однако этого недостаточно. Для надежной работы семы необходимо рассчитывать мощность по потребляемому току.

Из-за действия закона Джоуля-Ленца активная мощность «P» прямо пропорциональна току «I», проходящему через проводник, и приложенному напряжению «U». Эта связь описывается формулой P = 24×0,5 = 12 Вт.

Расчет мощности резистора исходя из его потребляемого тока показывает, что в выбранной схеме необходимо использовать резистор на 48 Ом и 12 Вт. Резистор меньшей мощности не выдержит приложенных нагрузок, он нагреется и выгорают со временем. В этом примере показана зависимость того, как ток нагрузки и напряжение в сети влияют на мощность потребителя.

По какой формуле вычисляется

Расчет силы тока по мощности и напряжению в сети постоянного тока

Чтобы вычислить силу I (ток), значение U (напряжение) необходимо разделить на значение сопротивления.

Расчет силы тока по мощности и напряжению:

I = U ÷ R

Измеряется в амперах.

В этом случае электрическая P (активная мощность) может быть рассчитана как произведение электрической силы I на значение U.

Формула для расчета мощности по току и напряжению:

P = U × I

Все составляющие в этих двух формулах характерны для постоянного электрического тока и называются активными.

На основе этих двух формул вы также можете вывести две другие формулы, по которым вы можете распознать P:

P = I2 × R

P = U2 ÷ R

Однофазные нагрузки

В однофазных сетях переменного тока необходимо отдельно рассчитывать нагрузки P и Q, а затем складывать их с помощью векторного расчета.

S = P + Q

В скалярной форме это будет выглядеть так:

S = √P2 + Q2

Следовательно, вычисление P, Q, S выглядит как прямоугольный треугольник. Две стороны этого треугольника представляют компоненты P и Q, а гипотенуза – их алгебраическая сумма.

S измеряется в вольт-амперах (VA), Q измеряется в реактивных вольт-амперах (VAR), P измеряется в ваттах (W).

Зная размер ветвей треугольников, можно рассчитать коэффициент мощности (cos φ). Как это сделать, показано на изображении треугольника.

Расчет в трехфазной сети

I переменный (ток) отличается от постоянного по всем параметрам, особенно наличием нескольких фаз. Расчет P в трехфазной нагрузке необходим для правильного определения характеристик подключенной нагрузки. Трехфазные сети получили широкое распространение благодаря простоте использования и невысоким материальным затратам.

Трехфазные цепи можно соединять двумя способами: звездой и треугольником. На всех схемах фазы обозначены символами A, B, C. Нейтральный провод обозначен символом N.

При соединении звездой различают два типа U (напряжения): фазное и линейное. Фаза U определяется как U между фазой и нейтралью. Линейный U определяется как U между двумя фазами.

Эти два U связаны отношениями:

UL = UФ × √3

Линейный и фазный электрические токи при соединении звездой равны между собой: IL = IF

Модуль расчета S при соединении звездой:

S = SA + SB + SC = 3 × U × I

Активный P:

Р = 3 × Uф × Iph × cosφ

Отзывчивый Q:

Q = √3 × Uph × Iph × sinφ.

При соединении треугольником фазный и линейный U равны между собой: UL = UФ

Линейный I при соединении треугольником определяется по формуле:

IL = ЕСЛИ × √3

Формулы мощности электрического тока при соединении треугольником:

• S = 3 × Sph = √3 × Uph × Iph;
• P = √3 × Uph × Iph × cosφ;
• Q = √3 × Uph × Iph × sinφ.

Средняя P в активной нагрузке

В электрических сетях P измеряют с помощью специального прибора – ваттметра. Схемы подключения зависят от того, как подключена нагрузка.

При симметричной нагрузке P измеряется в одной фазе, а результат умножается на три. В случае несбалансированной нагрузки для измерения потребуются три инструмента.

P-параметры сети или системы являются важными данными для электрического устройства. Данные о потреблении P активного типа передаются в течение определенного периода времени, то есть среднее потребление P передается в рассчитанный период времени.

Формулы расчета мощности для однофазной и трехфазной схемы питания

В идеальном теоретическом случае трехфазная цепь состоит из трех идентичных однофазных цепей. На практике всегда есть отклонения. Но в большинстве случаев они упускаются из виду при анализе.

Поэтому сначала рассмотрим самый простой вопрос.

Графики и формулы под однофазное напряжение

Как работает резистор

На чисто резистивном сопротивлении синусоиды тока и напряжения совпадают по углу, они направлены в каждом полупериоде одинаково, поэтому их произведение, выражающее мощность, всегда положительно.

Его значение в произвольный момент времени t называется мгновенным, обозначается строчной буквой p.

Среднее значение мощности за период называется активным компонентом. Его график переменного тока имеет симметричный пакетный образец с максимальным значением Pm в середине каждого полупериода T / 2.

Если взять половину его значения Pm / 2 и провести прямую линию в течение периода T, мы получим прямоугольник с ординатой P.

Его площадь равна двум областям графиков активных составляющих любого полупериода. Если вы посмотрите на изображение повнимательнее, вы можете представить, что верхняя часть всплеска обрезана, перевернута и заполнена свободным пространством внизу.

Представление этого графика помогает запомнить, что на активном сопротивлении мощность постоянного и переменного тока рассчитывается по одной и той же формуле, знак не меняет.

График мгновенных значений активной мощности переменного тока на резистивном резисторе имеет вид повторяющихся положительных волн. Но со временем они выполняют ту же работу, что и цепи постоянного тока и напряжение.

На резисторе не возникает никаких реактивных потерь.

Как работает индуктивность

Катушка с обмоткой с витками накапливает энергию магнитного поля. Вследствие процесса накопления индуктивное реактивное сопротивление сдвигает вектор тока вперед на 90 градусов по отношению к напряжению, приложенному к комплексной плоскости.

Умножая их мгновенные значения, получают значения мощности, которая в периоде меняет знак (направление) в каждом полупериоде.

Частота изменения мощности на индукторе в два раза выше, чем у его составляющих: синусоид тока и напряжения. Он состоит из двух частей:

1. активный, обозначается индексом PL;
2. отзывчивый lQ.

Реактивная часть на катушке индуктивности создается за счет постоянного обмена энергией между катушкой и подключенным источником. На его значение влияет номинал индуктивного резистора XL.

Как работает конденсатор

Емкость конденсатора постоянно накапливает заряд между своими пластинами. Благодаря этому вектор тока смещается на 90 градусов вперед по отношению к приложенному напряжению.

График мгновенной мощности аналогичен предыдущему, но начинается с отрицательной полуволны.

Реактивная составляющая, выделяемая на конденсаторе, зависит от значения емкостного сопротивления XC.

Как работает реальная схема со всеми видами сопротивлений

В чистом виде приведенные выше графики и выражения встречаются не так часто. Фактически, передача электричества и его работа на переменном токе связаны со сложным преодолением сил электрического сопротивления резисторов, конденсаторов и индуктивностей.

Кроме того, некоторые из этих компонентов будут преобладать. Для таких случаев преобразование электрической энергии в мгновенную мощность может быть одного из следующих типов.

На изображении выше показан случай, когда вектор тока отстает от приложенного напряжения, а нижний – впереди.

В обоих случаях значение активного компонента уменьшается от общего значения на значение, выраженное как cosφ. Поэтому его обычно называют коэффициентом мощности.

Косинус фи (cosφ) используется в треугольном анализе мощностей и сопротивлений, характеризует потери энергии.

Как работает схема трехфазного электроснабжения

Распределительный подъезд многоэтажного дома запитывается трехфазным напряжением от энергоснабжающей организации, генерируемым промышленными генераторами.

Частный домовладелец может подключить его за определенную плату, если он того пожелает, как это делают многие. В этом случае рабочая схема и схема напряжений выглядят следующим образом.

В старой системе заземления TN-C это осуществляется четырехпроводным подключением, а в новой TN-S – пятипроводным подключением с добавлением защитного PE-проводника. Я не показываю это на этой диаграмме для простоты.

Во время работы необходимо постараться нагружать каждую из фаз токами равной величины. Так, в домашней электропроводке будет создан наиболее благоприятный оптимальный режим без опасных энергетических дисбалансов.

В этом случае формулу расчета мощности по току и напряжению для трехфазной цепи можно представить простой суммой аналогичных формул для компонентов однофазных цепей.

А так как все они идентичны, то их просто утроить.

Например, когда активная мощность фазы B имеет выражение Pv = Uv × Iv × cosφ, то для всей трехфазной цепи она будет выражена следующей формулой:

P = Па + Pb + Pc

Если обозначить фазовое выражение буквой f, например Pf, можно написать:

P = 3Pph = 3Uph × Iph × cosφ

Реактивная составляющая будет рассчитана аналогично

Q = Qa + Qb + Qc

ИЛИ

Q = 3Qph = 3Uph × Iph × sinφ

Поскольку P и Q представляют собой размеры катетов прямоугольного треугольника, гипотенуза или полная составляющая могут быть вычислены как квадратный корень из суммы их квадратов.

S = (P2 + Q2)

Как учитывается трехфазная полная мощность

В энергосистеме и в частном доме необходимо провести анализ подключенных нагрузок, равномерно распределить их между источниками напряжения.

С этой целью работают многочисленные проекты приборостроения. На панелях управления подстанцией размещены ваттметры и щитовые панели, рассчитанные на работу в разной доле кратности.

Чтобы не запутаться в расчетных записях, были введены разные названия единиц. Они обозначаются:

• ВА – (российские), ВА (международные) вольт-амперы для значения полной мощности;
• W – (русский), var (международный) ватт – активный;
• var (русский), var (международный) – отзывчивый.

Аналоговые устройства измеряют только активный или реактивный компонент, и общее значение должно быть рассчитано с использованием формул.

Многие современные цифровые устройства могут выполнять эту функцию автоматически.

Видеоурок Павла Виктора завершает мой материал. Рекомендую посмотреть.

Измерения

Как показано выше, некоторые основные данные можно получить из практических измерений. Ниже приведены характеристики типовых специализированных устройств.

Прямые замеры

Ваттметры выпускаются в различных модификациях для сетей ~ 220В и ~ 380В. Соответствующие исправления вносятся при выполнении рабочих операций. Подключите датчики в соответствии с инструкциями производителя и правильной прокладкой проводов. Как правило, в конструкции устройств используются две катушки с параллельным и последовательным подключением к нагрузке. Для большей точности используются профессиональные приборы из категории «лабораторные.

Косвенные замеры

Эти операции выполняются с помощью мультиметров. Измеряются сопротивление, ток и напряжение, затем рассчитывается мощность.

Фазометры

Эти инструменты измеряют фазовый сдвиг между различными электрическими параметрами. Таким образом, с помощью такого устройства можно определить, отсутствует ли значение паспорта в документах, сопровождающих оборудование.

Регулирование cos

Негативное влияние указанных выше реактивных составляющих компенсируется специальными дополнениями к общей электрической схеме. Расчеты производятся по представленным формулам.

Мощность некоторых электрических приборов

При оборудовании современной квартиры часто приходится решать задачи согласования нагрузок по отдельным линиям. Автоматический выключатель должен быть установлен правильно, чтобы избежать несчастных случаев. Начинают с уточнения параметров разводки. Далее проверяются группы подключенной бытовой техники. Типичная потребляемая мощность (Вт):

• персональный компьютер – 170–1250;
• ноутбук – 40-280;
• ЖК-телевизор – 120-265;
• железо – 450-1850;
• кондиционер – 1 200 – 2 500.

Подходящая машина определяется с учетом всех соответствующих факторов. Особое внимание уделяется нагрузкам с высокими значениями составляющей реактивной мощности.

Видео