1. Сборники-конспекты для проектировщиков и не только
2. Мощность: активная, реактивная, полная
3. Что такое соединение типа «веер»?
Сборники-конспекты для проектировщиков и не только
Автор этих сборников - Владимир Васильевич Кузьменко, Ведущий инженер-проектировщик ЭОМ и СС ООО "ПРОЕКТКОНЦЕПТ"
От автора: "Представленные здесь документы - это всего лишь некоторые проблемные и поэтому интересные вопросы и попытки дать ответы на них. Это был материал для себя чисто, чтобы не забылось, не выветрилось, вдруг пригодится. Информация бралась из форумов электриков, где я активно присутствую. Часть информации - мои сборки-обобщения. Но, в целом - это информация для общего пользования, по принципу: если хочешь - читай ...
Документы создавались в течение нескольких лет или месяцев, опирался на нормативно-техническую базу того периода времени, с появлением новых Технических регламентов, ГОСТов, СНиПов, сводов правил, и т.п. - часть информации может "устареть" (т.е. опираться на отмененную НТД) ... "
Скачать все предоставленные В. В. Кузьменко документы Вы можете, перейдя по этой ссылке:
Мощность (электрическая мощность) - физическая и техническая величина в цепях электрического тока. В цепях переменного тока произведение эффективных значений напряжения U и тока I определяет полную мощность, при учете фазового сдвига между током и напряжением – активную и реактивную составляющие мощности, а также коэффициент мощности.
Нагрузка - сумма мощностей единиц оборудования.
Номинальная мощность - значение мощности для длительного режима работы, на которое рассчитан источник или потребитель электроэнергии.
Полная мощность (“S”), кажущаяся мощность, величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока в цепи “I” и напряжения “U” на её зажимах: S=U*I; для синусоидального тока (в комплексной форме) равна (P2 + Q2), где Р — активная мощность, Q — реактивная мощность (при индуктивной нагрузке Q > 0, а при ёмкостной Q < 0). Измеряется в ВА (Вольт*Ампер), кВА (Кило*Вольт*Ампер).
(Источник: "Российский Энциклопедический словарь").
Мощность полная - вычисляемое значение (или результат измерений), необходимое для определения, например, параметров электрических генераторов. Значение полной мощности в цепи переменного тока есть произведение эффективных значений тока и напряжения. В принципе, работа электрического оборудования основана на преобразовании электрической энергии в другие формы энергии. Электрическая мощность, поглощаемая оборудованием, называется полной мощностью и состоит из активной
и реактивной мощностей: S = 3*U*I [VA]
Активная мощность (“P”), среднее за период значение мгновенной мощности переменного тока; характеризует среднюю скорость преобразования электромагнитной энергии в другие формы (тепловую, механическую, световую и т. д.). Измеряется в Вт (W, - ваттах).
Для синусоидального тока (в электрической сети 1-фазного переменного тока) активная мощность равна произведению действующих (эффективных) значений тока “I” и напряжения “U” на косинус угла сдвига фаз между ними: P = I*U*Cos ф. Для 3-фазного тока: (P=3∙U∙I∙Сos φ). (Источник: "Российский Энциклопедический словарь"). Иными словами, это та часть входной мощности, которая превращается в выходную мощность.
Активная мощность может быть также выражена через силу тока, напряжение и активную составляющую сопротивления цепи “r” или её проводимость “g” по формуле: P = («I» в квадрате)*r = («V» в квадрате)*g. ( P = I2r =V2g).
В любой электрической цепи как синусоидального, так и несинусоидального тока, активная мощность всей цепи равна сумме активных мощностей отдельных частей цепи. С полной мощностью («S») активная мощность связана соотношением: P = S*Сos ф.
Вся входная мощность, к примеру, полная мощность, должна быть превращена в полезную выходную мощность, указывающуюся как активная мощность, например, реальная выходная мощность мотора. Качество такого превращения мощности обозначается Сos φ, - единый коэффициент мощности.
Мощность активная - физическая и техническая величина, характеризующая полезную электрическую мощность. Мощность активная является активно действующей мощностью, т.е. мощностью, вызывающей воздействие на электрооборудование, например, нагрев, механические усилия. При произвольной нагрузке в цепи переменного тока действует активная составляющая тока, иначе говоря, часть полной мощности, определяемая коэффициентом мощности, является полезной (используемой).
Реактивная мощность («Q»), величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи переменного тока. Реактивная мощность «Q» для синусоидального тока равна произведению действующих значений напряжения “U” и тока “I”, умноженному на синус угла сдвига фаз между ними: Q = U*I*Sin ф.
Реактивная мощность измеряется в варах [Var – вольт амперная реактивность]. Для 3-фазного тока: Q=3*U*I*Sin φ. (Источник: "Российский Энциклопедический словарь").
Реактивная мощность, потребляемая в электрических сетях, вызывает дополнительные активные потери (на покрытие которых расходуется энергия на электростанциях) и потери напряжения (ухудшающие условия регулирования напряжения). Реактивная мощность потребляется индуктивной нагрузкой (электродвигателями переменного тока, трансформаторами).
В некоторых электрических установках реактивная мощность может быть значительно больше активной мощности. Это приводит к появлению больших реактивных токов и вызывает перегрузку источников тока. Для устранения перегрузок и повышения коэффициента мощности электрических установок осуществляется компенсация реактивной мощности.
Электрическое оборудование работает по принципу превращения электромагнитной энергии (например, электромоторы, трансформаторы). Часть входной мощности расходуется на создание и поддержание магнитного поля. Индукционные устройства сдвигают угол между напряжением и током на значение > 0.
Мощность, создаваемая порциями волны “V” и “I”, имеющими противоположные направления (+ и –) и называется реактивной мощностью. Эта часть энергии - магнитная реверсионная энергия. Она не может быть превращена в активную мощность и возвращается в электросеть при изменениях магнитного поля. То же количество энергии будет снова поглощено сетью и затребовано для следующего изменения магнитного поля.
Мощность реактивная – электрическая мощность, которой обмениваются между собой генератор и нагрузка при создании и исчезновении электромагнитного и электростатического полей. Реактивная мощность является составляющей полной мощности, характеризующей коэффициентом реактивности.
Коэффициент мощности, косинус «фи», отношение средней мощности переменного тока к произведению действующих значений напряжения и тока. Наибольшее значение коэффициента мощности равно 1.
В случае синусоидального переменного тока, коэффициент мощности равен косинусу угла сдвига фаз между синусоидами напряжения и тока и определяется параметрами цепи: Сos ф = r/Z, где ф («фи») — угол сдвига фаз, r — активное сопротивление цепи, Z — полное сопротивление цепи.
Коэффициент мощности может отличаться от 1 и в цепях с чисто активными сопротивлениями, если в них содержатся нелинейные участки. В этом случае коэффициент мощности уменьшается вследствие искажения формы кривых напряжения и тока.
Коэффициент мощности электрической цепи — это косинус фазового угла между основаниями кривых напряжения и тока. Согласно другому определению, коэффициент мощности — это соотношение активной и полной энергий. Коэффициент мощности (Сos φ) = Активная мощность/Полная мощность = P/S (Вт/ВА), потребляемых нагрузкой.
Коэффициент мощности - комплексный показатель, характеризующий линейные и нелинейные искажения, вносимые нагрузкой в электросеть.
Номинальная мощность (пояснение специалиста)
В электротехнической промышленности принято мощность большинства потребителей определять в Ваттах. Если потребитель активный (чайник, лампа накаливания, ТЭН), то другой информации о нем не требуется, на таких потребителях пишут (как правило) номинальную мощность в Ваттах, номинальное напряжение и все.
Здесь нет вопросов о косинусе "фи", т.к. этот "фи" (угол между током и напряжением данных потребителей) равен нулю, косинус нуля равен 1, - отсюда, активная мощность («P») равна произведению тока через потребитель и напряжению на потребителе, умноженному на этот пресловутый косинус "фи", т.е. P = I*U*Сos (fi) = P = I*U*1 = P=I*U.
У потребителей, имеющих в своем составе не только активное сопротивление, но и любое реактивное (индуктивность, емкость), принято писать на шильдике величину «P» в Ваттах, а так же указывать величину косинуса "фи". Величина косинуса "фи" определяется параметрами самих этих потребителей, а точнее - соотношением их активных и реактивных сопротивлений.
Например, обычный электродвигатель имеет на бирке: P=5кВТ, Сos(fi)=0.85. Это значит следующее: данный двигатель при работе (в номинальном режиме) потребляет активную мощность в размере 5 кВТ и полную мощность «S» равную P/Cos(fi) (кВА) и реактивную мощность «Q» в размере U*I/Sin(fi) или Q = корень из (S^2-P^2) (Вар).
Для нахождения номинального тока двигателя нужно его «S»/3 (так как 3 фазы) и разделить на напряжение в фазе двигателя (220 или 380 для 0.4 кВ двигателей), впрочем, ток указывается, как правило, на шильдике.
Может появиться вопрос, почему же на генераторах (трансформаторах) указывается мощность в ВА (вольт-амперах)? А как ее еще указать?
Допустим, что на шильдике трансформатора указана мощность 1000 кВт. Это должно значить, что, если я подцеплю кучу ТЭНов к данному трансформатору, то мощность, отдаваемая трансформатором в ТЭНы (в номинальном режиме работы трансформатора) не может превышать 1000 кВт.
Вроде все сходится. А если я захочу нагрузить трансформатор катушкой индуктивности? (кучей катушек)? И данный трансформатор будет отдавать мощность уже 1000 кВА? Тогда надпись на шильдике 1000 кВт будет уже не правомерной. Поэтому, мощность генераторов (трансформаторов) может определяться только в полной мощности (в нашем случае 1000 кВА), а как ты ее (полную мощность) будешь использовать - твое дело.
Андрей! Мне случайно попалась статья о соединениях обмоток асинхронных двигателей. Не взирая на то, что в ней не наблюдается серьезных ошибок, она все-таки не совсем удачная. Там что-то не говорится всерьез о вращающемся магнитном поле. А, следовательно, не упоминается соединение "веер", хотя "треугольник" и "звезда" упоминаются. А ведь это должно быть центром статьи. Ведь статья предназначена для ЭЛЕКТРИКОВ, поэтому понятие соединения "веер"
просто просится...
1. Термин «Последовательное соединение» не дает полной информации об электрической цепи, ибо в ней могут быть элементы, о которых должны быть дополнительные сведения. Такими элементами могут быть источники питания.
2. Для них нужно обязательно соблюдать при подсоединении полярность, а расчеты вести по правилам ВЕКТОРНОГО ИСЧИСЛЕНИЯ, ибо они могут быть включены СОГЛАСНО или ВСТРЕЧНО. Это понятно для ПОСТОЯННОГО тока, но непривычно для переменного. Встречаются ли такие случаи в переменном токе? Конечно!
3. В локомотивном депо Гомель, как и везде, приемные катушки устройств автоматической локомотивной сигнализации тепловозов представляют собой два трансформатора первичной обмоткой которых являются рельсы, по которым идет тепловоз, а вторичные соединены ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО и СОГЛАСНО для получения вдвое большей ЭДС, чем от одного. Определяют правильность соединения милливольтметром. По рельсам идет ток частотой 50 или 75 гц.
4. В многофазных сетях положение еще сложнее. Там векторы располагаются не на единственной оси координат, А на всей ПЛОСКОСТИ. Там тоже действуют правила векторного сложения и вычитания.
5. Многофазные системы были придуманы для того, чтобы применить бесколлекторные электродвигатели. Генераторы многофазных систем устроены просто. Обмотки, расположенные на СТАТОРЕ под соответствующими углами (геометрия), подвергаются воздействию ПЕРЕМЕННОГО МАГНИТНОГО поля ПОСТОЯННЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ вращающегося ротора. Результатом является ГЕНЕРАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО МНОГОФАЗНОГО тока.
6. Самой простой для объяснения учащимся является ДВУХФАЗАЯ система, придуманная Теслой. Там обмотки статора расположены под углом 90 градусов, но и они могут создать систему, позволяющую создавать в двигателях переменного тока ВРАЩАЮЩЕЕСЯ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ.
7. Еще в доэлектротехнические времена французский физик Лиссажу, занимаясь исследованием сложения механических колебаний, разработал свой оптический метод их изучения (1855). «Зайчики» от зеркал колеблющихся пластин, создавали у него различные картинки, известные и поныне физикам как «фигуры Лиссажу». При разности фаз в 90 градусов и одной и той же частоте колебаний двух пластин он получил самую простую фигуру – ОКРУЖНОСТЬ. Я когда-то
напечатал в «Технике молодежи» статью с таким рисунком, хотя не читал, слава богу, никогда трудов Лиссажу. Вы можете ознакомиться. Но в Интернете можно увидеть их и даже в действующем виде, правда, там уже электроника.
8. Тесла и Феррарис предложили складывать магнитные колебания для получения ВРАЩАЮЩЕГОСЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ в электродивгателях. Тесла даже разработал проект питания потребителей с использованием такой двухфазной системы на электростанции на Ниагарском водопаде. Но появился проект трехфазной системы с вращающимся полем. Он требовал всего три провода линейных систем, что серьезно удешевляло проект и… победил! Но представить себе вращающееся поле с применением
трех пар полюсов зрительно я не могу. Но это смог Доливо-Добровольский и более ста лет назад. В таких статорах двигателя вместо ротора может вращаться любой металл.
9. Для чего я это все рассказывал? Для того, чтобы показать, что мы сейчас с электростанций получаем трехфазный ток, ЭДС которого можно изобразить векторами А, В и С, исходящими из одной точки под углом 120 градусов. Получилась электротехническая «звезда». Эти ЭДС создают в двигателях вращающееся магнитное поле. Но это будет только в том случае, когда обмотки, возбуждающие электрический ток в статоре, соединены ПРАВИЛЬНО. Если ошибочно начало и
конец одной из обмоток поменять местами, то вместо привычной нам «звезды» получим тоже «звезду», но лучи которой расходятся в одну сторону с углом между собой в 60 градусов. Они могут создать какое-то поле, но далекое от нормально вращающегося. Картинка векторов в этом случае напоминает дамский веер из трех составляющих и поэтому называется подключением «ВЕЕР». В прочем можно встретить и другое название подключения – «Ёлка». Но это как кому нравится. Подключение
это ошибочное. Тот же эффект вызывает и неправильное подключение начала и конца обмоток двигателя.
10. Не следует думать, что не существует и других названий схем соединений. Например, последовательно соединенные вторичные обмотки трехфазного трансформатора называются схемой «зигзаг». Они находят тоже применение. Но это совсем другая тема.
2.Е.А.Каминский. Звезда, треугольник, зигзаг.\\ Москва, Энегоатомиздат, 1984. с.80-81, рис.47.
(скачать эту книгу можно здесь:
http://www.electrolibrary.info/zvezda.zip -
прим. А. П.)
