Реактивная мощность, расчет и измерение, формулы - услуги электромонтажа, строительства и ремонта

Мощность, которая постоянно перетекает туда и обратно между источником и нагрузкой, называется реактивной мощностью (Q).

Содержание

Активная, реактивная и кажущаяся мощность

Другими словами, активную мощность можно назвать: реальная мощность, действительная мощность, полезная мощность, реальная мощность. В цепи постоянного тока мощность, отдаваемая в нагрузку постоянного тока, определяется как простое произведение напряжения на нагрузке и протекающего тока, т.е.

потому что в цепи постоянного тока нет понятия фазового угла между током и напряжением. Другими словами, в цепи постоянного тока нет коэффициента мощности.

Однако для синусоидальных сигналов, т.е. в цепях переменного тока, ситуация сложнее из-за разницы фаз между током и напряжением. Таким образом, среднее значение мощности (активная мощность), которая фактически питает нагрузку, определяется как:

В цепи переменного тока, если она является чисто активной (резистивной), формула для мощности такая же, как и для постоянного тока: P = U I.

Формулы для активной мощности

P = U I – в цепях постоянного тока

P = U I cosθ в однофазных цепях переменного тока

P = √3 U_L I_L cosθ – в трехфазных цепях переменного тока

P = √ (S 2 – Q 2 ) или

P = √ (VA 2 – Var 2 ) или

Активная мощность = √ (кажущаяся мощность 2 – реактивная мощность 2 ) или

кВт = √ (кВА 2 – квар 2 )

Реактивная мощность (Q)

Назвать ее бесполезной или бессмысленной силой тоже было бы сильно.

Реактивная мощность – это мощность, которая отбирается и затем возвращается в нагрузку благодаря своим реактивным свойствам. Единицей измерения активной мощности является ватт, 1 Вт = 1 В x 1 А. Энергия реактивной мощности сначала накапливается, а затем высвобождается в виде магнитного или электрического поля в случае индуктора или конденсатора соответственно.

Реактивная мощность определяется как

и может быть положительным (+Ue) для индуктивных нагрузок и отрицательным (-Ue) для емкостных нагрузок.

Единицей измерения реактивной мощности является реактивный вольт-ампер (вар): 1 вар = 1 В x 1 А. Проще говоря, единица реактивной мощности определяет величину магнитного или электрического поля, создаваемого 1 В х 1 А.

Полная мощность – это величина, состоящая из активной и реактивной составляющих. Именно она обеспечивает потребителей необходимым количеством электроэнергии и поддерживает их работу. Для его расчета используется формула: S = .

Формулы для активной мощности, реактивной мощности и кажущейся мощности

Активная мощность считается основным компонентом. Это величина, характеризующая процесс преобразования электрической энергии в другие формы энергии. Другими словами, это скорость, с которой потребляется электроэнергия. Это значение, которое отображается на счетчике электроэнергии и за которое платят потребители. Активная мощность рассчитывается по формулеP = U x I x cosf.

В отличие от активной мощности, которая представляет собой энергию, принимаемую непосредственно приборами и преобразуемую в другие формы энергии – тепло, свет, механическую энергию и т.д., – реактивная мощность является своего рода невидимым помощником. Он вносит свой вклад в электромагнитные поля, которые потребляются электродвигателями. Прежде всего, он определяет характер нагрузки и может не только генерироваться, но и потребляться. Реактивная мощность рассчитывается по формуле: Q = U x I x sinf.

Полная мощность – это величина, состоящая из активной и реактивной составляющих. Это то, что обеспечивает потребителей необходимым количеством электроэнергии и поддерживает их жизнедеятельность. Для его расчета используется формула: S = .

S = √P2 + Q2, все равны U*I .

Активная мощность: формула, как определить – Asutpp

Характеристики мощности установки или сети являются базовыми для большинства известного электрооборудования. Активная мощность (передаваемая, потребляемая) описывает долю общей мощности, которая передается за определенный период с частотой переменного тока.

Определение

Активная и реактивная мощности могут быть найдены только в переменном токе, поскольку характеристики сети (ток и напряжение) в постоянном токе всегда равны.

Единицей измерения активной мощности является ватт, а реактивной мощности – реактивный вольтамперметр и килоВАР (кВАр).

Стоит отметить, что как суммарные, так и активные характеристики могут измеряться в кВт и кВА, это зависит от параметров оборудования и сети. В промышленных цепях он обычно измеряется в киловаттах.

В электротехнике активный компонент используется как мера передачи энергии через отдельные электрические устройства. Давайте посмотрим, сколько энергии потребляют некоторые из них:

Прибор	Мощность бытовых приборов, ватт/час
Зарядное устройство	2
Люминесцентная лампа CRL	От 50
Звуковая система	30
Электрический чайник	1500
Стиральная машина	2500
Полуавтоматический инвертор	3500
Очиститель высокого давления	3500

Соответственно, активная мощность является положительной характеристикой данной электрической цепи и является одним из основных параметров для выбора электрооборудования и контроля потребления электроэнергии.

Выработка активного ингредиента

Обозначение реактивного компонента:

Это номинальное значение, которое характеризует нагрузки в электрооборудовании через колебания ЭДС и потери во время работы оборудования. Другими словами, передаваемая энергия переходит в конкретный преобразователь реактивности (это конденсатор, диодный мост и т.д.) и видна только в том случае, если схема содержит этот компонент.

Расчет

Для определения активной мощности необходимо знать полную мощность, а для ее расчета используется следующая формула:

S = U I, где U – напряжение сети, а I – сила тока в сети.

Такой же расчет производится при вычислении передачи энергии катушки в симметричном соединении. Расположение следующее:

Симметричная диаграмма нагрузки

При расчете активной мощности учитывается фазовый угол или коэффициент (cos φ), таким образом:

Очень важным фактором является то, что эта электрическая величина может быть положительной или отрицательной. Это зависит от того, какую характеристику имеет cos φ.

Если синусоидальный ток имеет фазовый угол от 0 до 90 градусов, то активная мощность положительна, если от 0 до -90, то отрицательна.

Это правило применимо только к синхронному (синусоидальному) току (используется для питания асинхронных двигателей, станков).

Также характерно, что в трехфазной системе (напр. трансформатор или генератор) активная громкость полностью создается на выходе.

Расчет трехфазной сети

Максимальная активная мощность равна P, а максимальная реактивная мощность равна Q.

Поскольку реактивная мощность определяется движением и энергией магнитного поля, ее формула (включая фазовый угол) выглядит следующим образом:

Для несинусоидального тока очень трудно определить размеры сети стандартным способом. Чтобы определить правильные характеристики для расчета активной и реактивной мощности, используются различные измерительные приборы. К ним относятся вольтметр, амперметр и другие. Исходя из уровня нагрузки, выбирается подходящая формула.

Поскольку реактивные и активные характеристики связаны с кажущейся мощностью, их соотношение (баланс) выглядит следующим образом:

S = √P2 + Q2, все равны U*I .

Но если ток протекает непосредственно через реактивное сопротивление. Потери в сети отсутствуют. Это связано с индуктивной составляющей, C, и сопротивлением, L. Они рассчитываются по формулам:

Индуктивное сопротивление: xL = ωL = 2πfL,

Емкостное сопротивление: xc = 1/(ωC) = 1/(2πfC).

Для определения соотношения активной и реактивной мощности используется специальный коэффициент. Это очень важный параметр, который можно использовать для определения того, сколько энергии используется не по назначению или “теряется” при работе оборудования.

Если в сети присутствует реактивная активная составляющая, всегда необходимо рассчитывать коэффициент мощности.

Эта величина не имеет единицы измерения, она характеризует конкретного потребителя тока, если электрическая система содержит реактивные компоненты.

С помощью этого значения становится ясно, в каком направлении и как смещается энергия по отношению к напряжению сети. Для этого вам понадобится диаграмма треугольника напряжения:

Диаграмма треугольника напряжения

При наличии конденсатора, например, формула для коэффициента выглядит следующим образом:

Для получения наиболее точных результатов рекомендуется не округлять полученные данные.

Компенсация

Учитывая, что при данном резонансе реактивная мощность равна 0:

Q = QL – QC = ULI – UCI

Для повышения эффективности работы данного устройства используются специальные устройства, позволяющие минимизировать влияние потерь на сеть. В частности, это устройства ИБП. Электрические потребители со встроенным аккумулятором (например, ноутбуки или портативные устройства) не нуждаются в этом устройстве, но для большинства других людей источник бесперебойного питания необходим.

Установив такой источник, вы сможете не только свести на нет негативные последствия потерь, но и снизить стоимость ваших счетов за электроэнергию. Эксперты доказали, что источник бесперебойного питания экономит в среднем от 20 до 50 % электроэнергии. Почему это происходит:

Нагрузка на силовые трансформаторы значительно снижается;
Кабели меньше нагреваются, что не только положительно сказывается на их работе, но и повышает безопасность;
Уменьшаются помехи для сигнального и радиооборудования;
Гармоники в электрической сети снижаются на порядок.

В некоторых случаях специалисты используют не полноценные ИБП, а специальные компенсирующие конденсаторы. Они подходят для бытового использования и продаются во всех магазинах электротоваров. Все приведенные выше формулы могут быть использованы для расчета запланированной и достигнутой экономии.

– Активная мощность (P) – выполняет полезную работу (полезная мощность) и преобразуется в другие формы энергии (тепловая энергия: водонагреватель, утюг и т.д. являются активными нагрузками)

Как найти полную мощность

Полная мощность ( S ) состоит из двух компонентов:

– Реактивная мощность (Q) является либо индуктивной, либо емкостной, в зависимости от нагрузки в сети. Чаще всего мы используем индуктивную энергию дома, любой электроприбор, имеющий катушку, обмотку, является реактивной нагрузкой (электродрель, блендер, холодильник). Энергия не рассеивается реактивными элементами, она накапливается на них в течение половины периода и возвращается в сеть. Хотя многие электроприборы не могли бы функционировать без реактивного компонента, его присутствие вызывает ряд негативных последствий:

– нагрев проводников;

– Воздействие на сеть – добавление реактивного компонента в сеть, который затем оказывает негативное воздействие на потребителей.

Конечно, между вышеперечисленными параметрами существуют корреляции. Расчет кажущейся мощности производится по следующей формуле:

Активная и реактивная мощность находятся в прямой зависимости от коэффициента мощности (cosφ):

Видимая мощность обеспечивает потребителей всеми необходимыми компонентами и рассчитывается:

На следующей диаграмме (треугольник власти) показана зависимость полной мощности и ее составляющих от угла cosφ, т.е. угла смещения между напряжением и током.

Единицы измерения немного отличаются, хотя смысл тот же: полная мощность измеряется в ВА (вольт-амперах), активная мощность – в Вт (ваттах), а реактивная мощность – в ВАР (вольт-амперах реактивной мощности).

Единицей измерения реактивной мощности является реактивный ампер-вольт (Вар): 1 Вар = 1 В x 1 А. Проще говоря, единица реактивной мощности описывает величину магнитного или электрического поля, создаваемого 1 В x 1 А.

Активная, реактивная и кажущаяся мощность

Другими словами, активную мощность можно назвать: реальная мощность, действительная мощность, полезная мощность, реальная мощность. В цепи постоянного тока мощность, подводимая к нагрузке постоянного тока, определяется как простое произведение напряжения на нагрузке и протекающего тока, т.е.

Однако для синусоидальных сигналов, т.е. в цепях переменного тока, ситуация сложнее из-за наличия разности фаз между током и напряжением. Поэтому среднее значение мощности (активной мощности), которая фактически питает нагрузку, определяется как:

В цепи переменного тока, если она является чисто активной (резистивной), формула для мощности такая же, как и для постоянного тока: P = V I.

Формула для активной мощности

P = V I – в цепях постоянного тока

P = V I cosθ – в однофазных цепях переменного тока

P = √3 V_L I_L cosθ – в трехфазных цепях переменного тока

P = √ (S 2 – Q 2 ) или

P = √ (VA 2 – Var 2 ) или

активная мощность = √ (кажущаяся мощность 2 – реактивная мощность 2 ) или

кВт = √ (кВА 2 – квар 2 )

Реактивная мощность (Q)

Назвать ее бесполезной или бессмысленной силой тоже было бы сильно.

Реактивная мощность – это мощность, которая забирается и затем возвращается нагрузкой благодаря своим реактивным свойствам. Единицей измерения активной мощности является ватт, 1 Вт = 1 В x 1 А. Энергия реактивной мощности сначала накапливается, а затем высвобождается в виде магнитного или электрического поля в случае индуктора или конденсатора соответственно.

Реактивная мощность определяется как

и может быть положительным (+Ve) для индуктивных нагрузок и отрицательным (-Ve) для емкостных нагрузок.

Единицей измерения реактивной мощности является реактивный вольт-ампер (вар): 1 вар = 1 В x 1 А. Проще говоря, единица реактивной мощности описывает величину магнитного или электрического поля, создаваемого 1 В x 1 А.

Формулы для реактивной мощности следующие

Реактивная мощность = √ (Полная мощность 2 – Активная мощность 2 )

квар = √ (кВА 2 – кВт 2 )

Общая мощность (S)

Полная мощность – это произведение напряжения и тока, без учета фазового угла между ними. Вся мощность в сети переменного тока (рассеянная и поглощенная/возвращенная) является полной мощностью.

Комбинация реактивной и активной мощности называется кажущейся мощностью. Произведение среднеквадратичного значения напряжения и среднеквадратичного значения тока в цепи переменного тока называется кажущейся мощностью.

Это произведение напряжения и тока без учета фазового угла. Единицей измерения полной мощности (S) является ВА, 1 ВА = 1 В х 1 А. В чисто активной цепи кажущаяся мощность равна активной мощности, в то время как в индуктивной или емкостной цепи, где есть реактивное сопротивление, кажущаяся мощность больше активной мощности.

Формула кажущейся мощности

Полная мощность = √ (активная мощность 2 + реактивная мощность 2 )

кВА = √(кВт 2 + кВАр 2 )

Обратите внимание, что

Резистор принимает активную энергию и отдает ее в виде тепла и света.
Индуктивность принимает реактивную мощность и отдает ее обратно в виде магнитного поля.
Конденсатор принимает реактивную мощность и отдает ее обратно в виде электрического поля.

Все эти величины связаны друг с другом тригонометрически, как показано на рисунке:

Если в трехфазной цепи нет нейтрального провода, для измерения полной мощности достаточно двух ваттметров, даже если нагрузка несимметрична.

Мощность трехфазной сети: активная, реактивная, полная

Значения полной активной мощности и полной реактивной мощности в трехфазной цепи равны суммам активной и реактивной мощностей, соответственно, в каждой из трех фаз A, B и C. Следующие формулы иллюстрируют это утверждение:

Здесь Ua, Ub, Uc, Ia, Ib, Ic – фазные напряжения и токи, а φ – фазовый сдвиг.

Если нагрузка симметрична, то есть активная и реактивная мощности каждой фазы равны, достаточно умножить значение фазной мощности на количество фаз, чтобы найти полную мощность многофазной цепи. Затем из рассчитанных активной и реактивной мощностей вычисляется полная мощность:

В приведенных выше формулах можно выразить фазовые значения через их линейные величины, которые будут отличаться для цепей типа “звезда” или “треугольник”, но формулы мощности в конечном итоге будут одинаковыми:

Из приведенных выше выражений видно, что независимо от схемы подключения потребителей электроэнергии, будь то треугольник или звезда, если нагрузка симметрична, формулы для нахождения мощности будут одинаковы как для треугольника, так и для звезды:

Эти формулы представляют собой линейные значения напряжения и тока и записываются без подписей. Это обычный способ обозначения напряжения и тока без индексов, т.е. если индексов нет, то это означает линейные значения.

Для измерения активной мощности в электрической цепи используется специальный измерительный прибор, называемый ваттметром. Показания определяются по формуле:

В приведенной формуле Uw и Iw – это векторы напряжения, приложенного к нагрузке, и тока, протекающего через нее.

Характер активной нагрузки и подключение фаз могут быть разными, поэтому ваттметры будут отличаться в зависимости от конкретных обстоятельств и схемы подключения.

Для симметрично нагруженных трехфазных цепей достаточно одного ваттметра, подключенного только к одной из фаз, для приблизительного измерения полной активной мощности, если не требуется высокая точность. Затем умножьте показания ваттметра на количество фаз, чтобы получить полную активную мощность цепи:

Для четырехпроводной цепи с нейтральным проводом для точного измерения активной мощности требуется три ваттметра, показания каждого из которых считываются, а затем суммируются, чтобы получить полную мощность цепи:

Если в трехфазной цепи отсутствует нейтральный проводник, для измерения полной мощности достаточно двух ваттметров, даже если нагрузка несимметрична.

Если нейтральный проводник отсутствует, то фазные токи связаны между собой согласно первому закону Кирхгофа:

Тогда сумма показаний пары ваттметров будет равна:

Таким образом, если сложить показания пары ваттметров, мы получим полную активную мощность в тестируемой трехфазной цепи, причем показания ваттметра зависят как от размера нагрузки, так и от ее характера.

Глядя на векторную диаграмму токов и напряжений для симметричной нагрузки, можно сделать вывод, что показания ваттметра определяются следующими формулами:

Анализируя эти выражения, мы видим, что при чисто активной нагрузке, когда φ = 0, показания обоих ваттметров будут равны, т.е. W1 = W2.

При активной индуктивной нагрузке, когда 0 ≤ φ ≤ 90°, показания ваттметра 1 будут меньше показаний ваттметра 2, т.е. W1 60° показания ваттметра 1 будут отрицательными, т.е. W1

При активной емкостной нагрузке, когда 0 ≥ φ ≥ -90°, ваттметр 2 будет показывать меньше, чем ваттметр 1, т.е. W1 > W2. При φ

Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, не стесняйтесь поделиться ею в социальных сетях. Это очень поможет в развитии нашего сайта!

Читайте далее: