- Повна потужність і її складові
- Негативний вплив реактивного навантаження
- Розрахунок споживаної потужності
Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!
При проектуванні будь-яких електричних ланцюгів виконується розрахунок потужності. На його основі проводиться вибір основних елементів і обчислюється допустиме навантаження. Якщо розрахунок для ланцюга постійного струму не представляє складності (відповідно до закону Ома, необхідно помножити силу струму на напругу - Р = U * I), то з обчисленням потужності змінного струму - не все так просто. Для пояснення потрібно звернутися до основ електротехніки, не вдаючись у подробиці, наведемо короткий виклад основних тез.
Повна потужність і її складові
У ланцюгах змінного струму розрахунок потужності ведеться з урахуванням законів синусоїдальних змін напруги і струму. У зв'язку з цим введено поняття повної потужності (S), яка включає в себе дві складові: реактивну (Q) і активну (P). Графічне опис цих величин можна зробити через трикутник потужностей (див. Рис.1).
Під активною складовою (Р) мається на увазі потужність корисного навантаження (безповоротне перетворення електроенергії в тепло, світло і т.д.). Вимірюється дана величина в ватах (Вт), на побутовому рівні прийнято вести розрахунок в кіловатах (кВт), у виробничій сфері - мегаватах (мВт).
Реактивна складова (Q) описує емкостную і індуктивну електронавантаження в колі змінного струму, одиниця виміру цієї величини Вар.
Відповідно до графічним представленням, співвідношення в трикутнику потужностей можна описати з застосуванням елементарних тригонометричних тотожностей, що дає можливість використовувати такі формули:
- S = √P 2 + Q 2, - для повної потужності;
- і Q = U * I * cos φ, і P = U * I * sin φ - для реактивної і активної складових.
Ці розрахунки можуть застосовуватися для однофазної мережі (наприклад, побутової 220 В), для обчислення потужності трифазної мережі (380 В) в формули необхідно додати множник - √3 (при симетричному навантаженні) або підсумовувати потужності всіх фаз (якщо навантаження несиметрична).
Для кращого розуміння процесу впливу складових повної потужності давайте розглянемо «чисте» прояв навантаження в активному, індуктивному і ємнісному вигляді.
активне навантаження
Візьмемо гіпотетичну схему, в якій використовується «чисте» активний опір і відповідний джерело змінної напруги. Графічне опис роботи такого ланцюга продемонстровано на малюнку 2, де відображаються основні параметри для певного часового діапазону (t).
Ми можемо побачити, що напруга і струм синхронізовані як по фазі, так і частоті, потужність же має подвоєну частоту. Зверніть увагу, що напрямок цієї величини позитивне, і вона постійно зростає.
ємнісна навантаження
Як видно на малюнку 3, графік характеристик ємнісний навантаження дещо відрізняється від активної.
Частота коливань ємнісний потужності вдвічі перевершує частоту синусоїди зміни напруги. Що стосується сумарного значення цього параметра, протягом одного періоду гармоніки воно дорівнює нулю. При цьому збільшення енергії (ΔW) також не спостерігається. Такий результат вказує, що її переміщення відбувається в обох напрямках ланцюга. Тобто, коли збільшується напруга, відбувається накопичення заряду в ємності. При настанні негативного напівперіоду накопичений заряд розряджається в контур ланцюга.
У процесі накопичення енергії в ємності навантаження і подальшого розряду не проводиться корисної роботи.
індуктивне навантаження
Представлений нижче графік демонструє характер «чистої» індуктивного навантаження. Як бачимо, змінилося тільки напрямок потужності, що стосується нарощення, воно дорівнює нулю.
Негативний вплив реактивного навантаження
У наведених вище прикладах розглядалися варіанти, де присутня «чиста» реактивне навантаження. Фактор впливу активного опору в розрахунок не брався. В таких умовах реактивне вплив дорівнює нулю, а значить, можна не брати його до уваги. Як ви розумієте, в реальних умовах таке неможливо. Навіть, якщо гіпотетично таке навантаження б існувала, не можна виключати опір мідних або алюмінієвих жил кабелю, необхідного для її підключення до джерела живлення.
Реактивна складова може проявлятися у вигляді нагріву активних компонентів ланцюга, наприклад, двигуна, трансформатора, сполучних проводів, кабелю живлення і т.д. На це витрачається певна кількість енергії, що призводить до зниження основних характеристик.
Реактивна потужність впливає на ланцюг в такий спосіб:
- не виробляє жодної корисної роботи;
- викликає серйозні втрати і позаштатні навантаження на електроприлади;
- може спровокувати виникнення серйозної аварії.
Саме з цього, виробляючи відповідні обчислення для електричного кола, не можна виключати фактор впливу індуктивної і ємнісний навантаження і, якщо необхідно, передбачати використання технічних систем для її компенсації.
Розрахунок споживаної потужності
У побуті часто доводиться стикатися з обчисленням споживаної потужності, наприклад, для перевірки допустимого навантаження на проводку перед підключенням ресурсоемкого електроспоживачів (кондиціонера, бойлера, електроплити і т.д.). Також в такому розрахунку є необхідність при виборі захисних автоматів для розподільного щита, через який виконується підключення квартири до електропостачання.
У таких випадках розрахунок потужності по струму і напрузі робити не обов'язково, досить підсумувати споживану енергію всіх приладів, які можуть бути включені одночасно. Чи не зв'язуючись з розрахунками, дізнатися цю величину для кожного пристрою можна трьома способами:
- звернувшись до технічної документації пристрою;
- подивившись це значення на наклейці задній панелі;
Потужність приладу часто вказується на тильній стороні - скориставшись таблицею, де вказано середнє значення споживаної потужності для побутових приладів.
При розрахунках слід враховувати, що пускова потужність деяких електроприладів може істотно відрізнятися від номінальної. Для побутових пристроїв цей параметр практично ніколи не вказується в технічній документації, тому необхідно звернутися до відповідної таблиці, де містяться середні значення параметрів стартової потужності для різних приладів (бажано вибирати максимальну величину).