Активная, реактивная и полная (кажущаяся) мощности
Другими словами активную мощность можно назвать: фактическая, настоящая, полезная, реальная мощность. В цепи постоянного тока мощность, питающая нагрузку постоянного тока, определяется как простое произведение напряжения на нагрузке и протекающего тока, то есть
потому что в цепи постоянного тока нет понятия фазового угла между током и напряжением. Другими словами, в цепи постоянного тока нет никакого коэффициента мощности.
Но при синусоидальных сигналах, то есть в цепях переменного тока, ситуация сложнее из-за наличия разности фаз между током и напряжением. Поэтому среднее значение мощности (активная мощность), которая в действительности питает нагрузку, определяется как:
В цепи переменного тока, если она чисто активная (резистивная), формула для мощности та же самая, что и для постоянного тока: P = V I.
Формулы для активной мощности
P = V I — в цепях постоянного тока
P = V I cosθ — в однофазных цепях переменного тока
P = √3 VL IL cosθ — в трёхфазных цепях переменного тока
P = √ (S 2 – Q 2 ) или
P =√ (ВА 2 – вар 2 ) или
Активная мощность = √ (Полная мощность 2 – Реактивная мощность 2 ) или
кВт = √ (кВА 2 – квар 2 )
Реактивная мощность (Q)
Также её мощно было бы назвать бесполезной или безваттной мощностью.
Мощность, которая постоянно перетекает туда и обратно между источником и нагрузкой, известна как реактивная (Q).
Реактивной называется мощность, которая потребляется и затем возвращается нагрузкой из-за её реактивных свойств. Единицей измерения активной мощности является ватт, 1 Вт = 1 В х 1 А. Энергия реактивной мощности сначала накапливается, а затем высвобождается в виде магнитного поля или электрического поля в случае, соответственно, индуктивности или конденсатора.
Реактивная мощность определяется, как
и может быть положительной (+Ve) для индуктивной нагрузки и отрицательной (-Ve) для емкостной нагрузки.
Единицей измерения реактивной мощности является вольт-ампер реактивный (вар): 1 вар = 1 В х 1 А. Проще говоря, единица реактивной мощности определяет величину магнитного или электрического поля, произведённого 1 В х 1 А.
Формулы для реактивной мощности
Реактивная мощность = √ (Полная мощность 2 – Активная мощность 2 )
квар = √ (кВА 2 – кВт 2 )
Полная мощность (S)
Полная мощность – это произведение напряжения и тока при игнорировании фазового угла между ними. Вся мощность в сети переменного тока (рассеиваемая и поглощаемая/возвращаемая) является полной.
Комбинация реактивной и активной мощностей называется полной мощностью. Произведение действующего значения напряжения на действующее значение тока в цепи переменного тока называется полной мощностью.
Она является произведением значений напряжения и тока без учёта фазового угла. Единицей измерения полной мощности (S) является ВА, 1 ВА = 1 В х 1 А. Если цепь чисто активная, полная мощность равна активной мощности, а в индуктивной или ёмкостной схеме (при наличии реактивного сопротивления) полная мощность больше активной мощности.
Формула для полной мощности
Полная мощность = √ (Активная мощность 2 + Реактивная мощность 2 )
kVA = √(kW 2 + kVAR 2 )
Следует заметить, что:
- резистор потребляет активную мощность и отдаёт её в форме тепла и света.
- индуктивность потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме магнитного поля.
- конденсатор потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме электрического поля.
Все эти величины тригонометрически соотносятся друг с другом, как показано на рисунке:
Активная и реактивная электроэнергия
При расчете электрической мощности, потребляемой любым электротехническим или бытовым устройством, обычно учитывается так называемая полная мощность электрического тока, выполняющего определённую работу в цепи данной нагрузки. Под понятием «полная мощность» подразумевается вся та мощность, которая потребляется электроприбором и включает в себя как активную составляющую, так и составляющую реактивную, которая в свою очередь определяется типом используемой в цепи нагрузки. Активная мощность всегда измеряется и указывается в ваттах (Вт), а полная мощность приводится обычно в вольт-амперах (ВА). Различные приборы — потребители электрической энергии могут работать в цепях, имеющих как активную, так и реактивную составляющую электрического тока.
Активная составляющая потребляемой любой нагрузкой мощности электрического тока совершает полезную работу и трансформируется в нужные нам виды энергии (тепловую, световую, звуковую и т.п.). Отдельные электроприборы работают в основном на этой составляющей мощности. Это — лампы накаливания, электроплиты, обогреватели, электропечи, утюги и т.п.
При указанном в паспорте прибора значении активной потребляемой мощности в 1 кВт он будет потреблять от сети полную мощность в 1кВА.
Реактивная составляющая электрического тока возникает только в цепях, содержащих реактивные элементы (индуктивности и ёмкости) и расходуется обычно на бесполезный нагрев проводников, из которых составлена эта цепь. Примером таких реактивных нагрузок являются электродвигатели различного типа, переносные электроинструменты (электродрели, «болгарки», штроборезы и т.п.), а также различная бытовая электронная техника. Полная мощность этих приборов, измеряемая в вольт-амперах, и активная мощность (в ваттах) соотносятся между собой через коэффициент мощности cosφ, который может принимать значение от 0,5 до 0,9. На этих приборах указывается обычно активная мощность в ваттах и значение коэффициента cosφ. Для определения полной потребляемой мощности в ВА, необходимо величину активной мощности (Вт) разделить на коэффициент cosφ.
Пример: если на электродрели указана величина мощности в 600 Вт и cosφ = 0,6, то отсюда следует, что потребляемая инструментом полная мощность составляет 600/0,6=1000 ВА. При отсутствии данных по cosφ можно брать его приблизительное значение, которое для домашнего электроинструмента составляет примерно 0,7.
При рассмотрении вопроса об активной и реактивной составляющих электроэнергии (точнее — её мощности), обычно имеются в виду те явления, которые происходят в цепях переменного тока. Оказалось, что различные нагрузки в цепях переменного тока ведут себя совершенно по-разному. Одни нагрузки используют передаваемую им энергию по прямому назначению (т.е. — для совершения полезной работы), а другой тип нагрузок сначала эту энергию запасает, а потом снова отдаёт её источнику электропитания.
По виду своего поведения в цепях переменного тока, различные потребительские нагрузки делятся на следующие два типа:
1. Активный тип нагрузки поглощает всю получаемую от источника энергию и превращает её в полезную работу (свет от лампы, например), причём форма тока в нагрузке в точности повторяет форму напряжения на ней (сдвиг фаз отсутствует).
2. Реактивный тип нагрузки характеризуется тем, что сначала (в течение некоторого промежутка времени), в нём происходит накопление энергии, поставляемой источником питания. Затем запасённая энергия (в течение определённого промежутка времени) отдаётся обратно в этот источник. К подобным нагрузкам относятся такие элементы электрических цепей, как конденсаторы и катушки индуктивности, а также устройства, содержащие их. При этом в такой нагрузке между напряжением и током присутствует сдвиг фаз, равный 90 градусам. Поскольку основной целью существующих систем электроснабжения является полезная доставка электроэнергии от производителя непосредственно к потребителю (а не перекачивание её туда и обратно) — реактивная составляющая мощности обычно считается вредной характеристикой цепи.
Потери на реактивную составляющую в сети напрямую связаны с величиной рассмотренного выше коэффициента мощности, т.е. чем выше cosφ потребителя, тем меньше будут потери мощности в линии и дешевле обойдётся передача электроэнергии потребителю.
Таким образом, именно коэффициент мощности указывает нам на то, насколько эффективно используется рабочая мощность источника электроэнергии. В целях повышения величины коэффициента мощности (cosφ) во всех видах электрических установок применяются специальные приёмы компенсации реактивной мощности.
Обычно для увеличения коэффициента мощности (за счёт уменьшения сдвига фаз между током и напряжением — угла φ) в действующую сеть включают специальные компенсирующие устройства, представляющие собой вспомогательные генераторы опережающего (емкостного) тока.
Кроме того, очень часто для компенсации потерь, возникающих из-за индуктивной составляющей цепи, в ней используются батареи конденсаторов, подключаемые параллельно рабочей нагрузке и используемые в качестве синхронных компенсаторов.
none 
Опубликована: 2011 г. 
0 
5
Вознаградить Я собрал 0 1
Разница между ВА и Вт
Электрика, как и многие другие области технических направлений, изобилует собственной терминологией, зачастую малопонятной даже людям, знакомым с одноименным разделом физики по школьной программе. Именно оттуда мы узнали про вольты и амперы, с ваттами и киловаттами нас ближе познакомили платежки ЖКХ, но многие термины остаются загадкой, особенно для дилетантов или тех, кто не блистал в школе знаниями по физике.
Наверно каждому из владельцев того или иного электрического устройства при изучении паспорта на него доводилось сталкиваться с разночтениями. В одном случае потребляемая прибором мощность обозначается Вт (ватты), в другом ВА (вольт-амперы). Почему используются разные единицы измерения, и в какой мере они соответствуют друг другу, попробуем разобраться ниже.
Для начала познакомимся с понятиями реактивных и активных мощностей. Активная потребляемая мощность идет целиком на выполнение определенной работы, неважно будет ли это нагрев электрическим чайником воды, перемещение вентилятором воздуха либо освещение лампочкой накаливания комнаты. Измеряется потребляемая активная мощность в ваттах и киловаттах (1 кВт = 1000 Вт). Однако в реальных электрических сетях с переменным током приходится учитывать еще и реактивную мощность, порождаемую нелинейными нагрузками, она не участвует в выполнении полезной работы, тем не менее, дополнительно нагружает сеть. Поэтому конечная потребляемая мощность потребителя электрической энергии (полная мощность) представляет собой алгебраическую сумму активной и реактивной мощностей, а измеряется она в вольт-амперах.
Каким образом ватты связаны с вольт-амперами?
Итак, мы выяснили, что в ВА измеряется полная мощность (S), равная произведению 1 ампера, протекающего через зажимы входных контактов на 1 вольт измеренного на них напряжения. В ваттах и киловаттах измеряется активная потребляемая электрическая мощность (P) и связаны эти два вида мощности коэффициентом мощности, именуемым cos ϕ. Зависимость мощностей достаточно простая:
из нее понятно, что активная мощность всегда меньше либо равна полной (cos ϕ ≤ 1). Таким образом, из приведенной выше формулы понятно, что активную мощность можно всегда определить по формуле:
и таким образом перевести вольт-амперы в ватты.
Совпадать величины активной и реактивной мощности будут при чисто активной нагрузке, например для ламп накаливания или ТЭНов водонагревателей, имеющих коэффициент мощности практически равный 1.
В зависимости от оборудования величина cos ϕ может колебаться в широких пределах, причем за удовлетворительное значение принято считать величину коэффициента мощности в 0.65 – 0.8. Уметь перевести ВА в ватты необходимо для того, чтобы реально оценить мощность того или иного прибора. К примеру, если рассматривать характеристику ИБП (источника бесперебойного питания) с заявленной мощностью 1000 ВА и вольтамперной характеристикой 60%, в ваттах такой источник питания обычно способен выдавать не более 600 ватт. При подсчете нагрузки также необходимо учитывать и характеристики всех ее составляющих, поскольку суммарное превышение нагрузки в ваттах выше 600 Вт делают такой источник бесперебойного питания непригодным для использования.
Кроме того значения полных мощностей в вольт-амперах необходимо учитывать при расчете электрических сетей. Именно полная мощность требует обеспечения необходимой их пропускной способности и должна быть учтена при расчетах сечений кабелей и проводов, допустимых номиналов защитной автоматики.
Остались вопросы?
Заполните форму обратно связи ниже, наши специалисты свяжутся с Вами, проконсультируют, расскажут про возможные способы решения Вашей задачи.
Виды мощности — определение и характеристики
Одной из самых важных физических величин является мощность. Она связана с работой. В качестве примера можно привести человека, который поднимается по ступенькам. Лестницу можно преодолеть шагами или бегом. В этих ситуациях будет проделана одинаковая работа, но в том случае, когда человек бежит, работа выполняется быстрее.
В результате мощность может выражаться скоростью или интенсивностью выполнения работы. При увеличении мощности уменьшается время, необходимое для совершения работы. Таким образом, краткая формулировка мощности звучит, как скорость выполнения работы.
Мощность — является скалярной физической величиной, которая характеризует мгновенную скорость передачи количества энергии от одной физической системы к другой в процессе ее использования, и в общем случае определяется, как соотношение переданной энергии к времени передачи.
В системе СИ единицей измерения мощности является ватт, который соответствует энергии в 1 джоуль, переданной в течение 1 секунды (1 Вт = 1 Дж/с). Какое-либо числовое значение мощности, указываемое в информационных источниках, в распространенных случаях подразумевает именно такой секундный временной интервал.
Согласно действующим международным стандартам серии , величину мощности обозначают символом P прописной буквой при записи формул механики и электродинамики. Этимология обозначения — либо от лат. potestas, либо от англ. power.
В русскоязычных литературных источниках и записях законов по физике можно встретить обозначение мощности буквой N. Отсутствуют точные данные об этимологии данного обозначения.
Виды мощности, определение и характеристики
По Международной системе единиц (СИ) мощность можно измерить в ватт (Вт). Ватт равен одному джоулю в секунду (Дж/с). В теоретической физике и астрофизике мощность в распространенных случаях обозначают через эрг в секунду (эрг/с). Данная единица измерения является внесистемной. Мощность автомобилей, двигателей локомотивов и судов измеряют в лошадиных силах, что не рекомендовано Международной организации законодательной метрологии (МОЗМ).
Механическая мощность
В том случае, когда тело движется под воздействием силы, данная сила совершает работу.
Мощность вычисляют, как скалярное произведение вектора силы на вектор скорости движущегося тела:
В том случае, когда тело совершает вращательное движение, применима следующая формула для определения мощности:
где M — определяет момент силы;
— является обозначением угловой скорости;
Мгновенная электрическая мощность участка электрической цепи определяется таким образом:
где — определяет мгновенное напряжение на заданном участке.
В процессе исследования сетей переменного тока оперируют не только общефизическим понятием мгновенной мощности, но и используют следующие определения:
- активная мощность, соответствует средней величине мгновенной мощности в течение периода времени;
- реактивная мощность, соответствующая энергии, которая циркулирует без диссипации от источника к потребителю и в обратном направлении;
- полная мощность, определяемая через произведение существующих значений электрического тока и напряжения без учета сдвига фаз.
Мгновенную активную мощность определяют таким образом:
Уравнение мгновенной реактивной мощности при
Мгновенная полная мощность:
Гидравлическая мощность гидромашины или гидроцилиндра равна произведению перепада давления на машине (разности давлений на входе и выходе) на расход жидкости:
где — расход жидкости, при давлении 210 кгс/см2 (21 МПа). Таким образом, гидравлическая мощность насоса равна приблизительно 19,25 кВт.
Приборы для измерения мощности
Ваттметры (включая варметры) — являются измерительными приборами, с помощью которых определяют мощность электрического тока или электрического излучения.
В зависимости от целевого назначения и диапазона частот ваттметры классифицируют на несколько видов:
- низкочастотные (и постоянного тока);
- радиочастотные;
- оптические.
Ваттметры радиодиапазона, исходя из назначения, бывают двух типов:
- проходящей мощности, которые включают в разрыв линии передачи;
- поглощаемой мощности, предназначенные для подключения к концу линии и играющие роль согласованной нагрузки.
Согласно методу функционального преобразования измерительной информации и ее отображения для оператора, ваттметры подразделяют на следующие группы:
- аналоговые (показывающие и самопишущие);
- цифровые.
Как найти мощность, формулы и примеры задач
Основная формула для расчета мощности имеет вид:
где, P — мощность, E — энергия, t — время.
Средняя величина мощности за промежуток времени
Интеграл по времени от мгновенной мощности за промежуток времени вычисляют, как полную переданную энергию за это время:
Мотор подъемной техники обладает мощностью 3,5 л. с. Необходимо определить массу груза, который такая машина может поднять на высоту 15 м за 2 мин. (1 л.с.=736 Вт).
Мощность двигателя составляет
Требуется определить время, которое необходимо затратить на откачку 10 т воды из шахты с помощью насоса мощностью 1,5 кВт. Высота подъема составляет 20 м.
В связи с тем, что планируется откачать всю воду, работу можно выразить с помощью следующего уравнения:
С помощью насоса было поднято воды за 8 мин на высоту 10 м. Требуется определить, какой мощностью обладает насос.
Масса воды в данном объеме равна:
Трактор вспахал 300 м полей за 1,5 мин, развивая при этом мощность 25,8 кВт. Требуется определить силу сопротивления, которую преодолевает трактор в процессе работы.
Согласно определению мощности:
Поезд, масса которого составляет , совершает равномерное движение со скоростью Задача 6
Игрушечная машинка, поднимаясь на горку с постоянным уклоном, способна развивать максимальную скорость
где C и D — коэффициенты, которые учитывают все параметры, за исключением скорости.
В таком случае, мощность равна:
Далее можно рассмотреть ситуацию, когда машинка спускается с горки. Некоторую часть работы (по подъему) теперь выполняет сама сила тяжести, сняв эту нагрузку с двигателя, поэтому:
Затем следует рассмотреть движение машинки в горку с удвоенной мощностью двигателя:
Приравняв мощности, получим:
Машина, поднимаясь на гору с постоянным уклоном, способна развивать максимальную скорость
где C и D — коэффициенты, учитывающие все характеристики, за исключением скорости.
Мощность определяется таким образом:
Далее можно рассмотреть ситуацию, когда машина спускается с горы. Определенную часть работы (по подъему) в этом случае выполняет сама сила тяжести, сняв эту нагрузку с двигателя, поэтому: