Учебное пособие для электрика

Для идеальной катушки индуктивности в цепи переменного тока сдерживающее влияние на изменение протекания тока приводит к задержке или сдвигу фаз переменного тока относительно переменного напряжения. В частности, идеальная индуктивность (без сопротивления) вызовет отставание тока от напряжения на четверть цикла или на 90°.

В электроэнергетических системах индуктивное реактивное сопротивление (и ёмкостное реактивное сопротивление, однако индуктивное реактивное сопротивление более распространено) может ограничивать пропускную способность линии электропередач переменного тока, поскольку мощность не передаётся полностью, когда напряжение и ток находятся в противофазе (подробно описано выше). То есть ток будет течь для противофазной системы, однако реальная мощность в определённые моменты времени не будет передаваться, потому что будут моменты, в течение которых мгновенный ток будет положительным, а мгновенное напряжение отрицательным, или наоборот, подразумевая отрицательную мощность передачи. Следовательно, реальная работа не выполняется, когда передача энергии является «отрицательной». Однако ток всё ещё течёт, даже когда система находится в противофазе, что приводит к нагреву линий электропередачи из-за протекания тока. Следовательно, линии электропередачи могут только сильно нагреваться (иначе они физически сильно прогибаются из-за тепла, расширяющего металлические линии электропередачи), поэтому операторы линий электропередачи имеют «потолок» в отношении величины тока, который может протекать через данную линию, и чрезмерное индуктивное сопротивление ограничивает мощность линии. Поставщики электроэнергии используют конденсаторы для сдвига фазы и минимизации потерь в зависимости от схемы использования.

Индуктивное реактивное сопротивление Xl пропорционально частоте синусоидального сигналаf и индуктивности L которая зависит от геометрических размеров и формы индуктивности.

Xl=wL=2пfL

1.4 мощность электрического тока

Электри?ческая мо?щность – физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии.

Единицей измерения в Международной системе единиц (СИ) является ватт (русское обозначение: Вт, международное: W)

Мгновенной мощностью называется произведение мгновенных значений напряжения и силы тока на каком-либо участке электрической цепи.

По определению, электрическое напряжение – это отношение работы электрического поля, совершенной при переносе пробного электрического заряда из точки A в точку B, к величине пробного заряда. То есть можно сказать, что электрическое напряжение равно работе по переносу единичного заряда из точки A в точку B. Другими словами, при движении единичного заряда по участку электрической цепи он совершит работу или над ним будет совершена работа, численно равная электрическому напряжению, действующему на участке цепи. Умножив напряжение на количество единичных зарядов, мы, таким образом, получаем работу, которую совершают эти заряды при движении от начала участка цепи до его конца. Мощность, по определению, – это работа в единицу времени.

Введём обозначения:

U – напряжение на участке A-B (принимаем его постоянным на интервале^t)

Q – количество зарядов, прошедших от A к B за время ^t,

A – работа, совершённая зарядом Q при движении по участку к A-B,

P – мощность.

P=U*I

U-напряжение

I-сила тока

В цепях переменного тока формула для мощности постоянного тока может быть применена лишь для расчёта мгновенной мощности, которая сильно изменяется во времени и для большинства простых практических расчётов не слишком полезна непосредственно. Прямой расчёт среднего значения мощности требует интегрирования по времени. Для вычисления мощности в цепях, где напряжение и ток изменяются периодически, среднюю мощность можно вычислить, интегрируя мгновенную мощность в течение периода. На практике наибольшее значение имеет расчёт мощности в цепях переменного синусоидального напряжения и тока.

Для того, чтобы связать понятия полной, активной, реактивной мощностей и коэффициента мощности, удобно обратиться к теории комплексных чисел. Можно считать, что мощность в цепи переменного тока выражается комплексным числом таким, что активная мощность является его действительной частью, реактивная мощность – мнимой частью, полная мощность – модулем, а угол фи (сдвиг фаз) – аргументом. Для такой модели оказываются справедливыми все выписанные ниже соотношения.

Активная мощность;

P=U*I/cosw

Cosw-угол сдвига фаз.

Реактивная мощность

Единица измерения, по предложению Международной электротехнической комиссии, – вар (вольт-ампер реактивный); (русское обозначение: вар; международное: var). В терминах единиц СИ, как отмечено в 9-ом издании Брошюры СИ, вар когерентен произведению вольт-ампер. В Российской Федерации эта единица допущена к использованию в качестве внесистемной единицы без ограничения срока с областью применения в области «электротехника»

Q=U* I/sin w.

Реактивная мощность – величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи синусоидального переменного тока, равна произведению среднеквадратичных значений напряжения U и тока I, умноженному на синус угла сдвига фаз между ними: Q=U*I*sinw (если ток отстаёт от напряжения, сдвиг фаз считается положительным, если опережает – отрицательным). Реактивная мощность связана с полной мощностью S и активной мощностью P соотношением;

Q=2`|S`2-P`2

Физический смысл реактивной мощности – это энергия, перекачиваемая от источника на реактивные элементы приёмника (индуктивности, конденсаторы, обмотки двигателей), а затем возвращаемая этими элементами обратно в источник в течение одного периода колебаний, отнесённая к этому периоду.

Полная мощность

Единица измерения в СИ – ватт. Кроме того, используется внесистемная единица вольт-ампер (русское обозначение: В·А; международное: V·A). В Российской Федерации эта единица допущена к использованию в качестве внесистемной единицы без ограничения срока с областью применения «электротехника»

Полная мощность – величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока I в цепи и напряжения U на её зажимах S=U * I

Для измерения электрической мощности применяются ваттметры и варметры, можно также использовать косвенный метод, с помощью вольтметра, амперметра и фазометра.

Для измерения коэффициента реактивной мощности применяют фазометры

Значения потребляемой электрической мощности некоторых потребителей

Электрический прибор Мощность, Вт

Лампочка фонарика 1

Сетевой роутер, хаб 10…20

Системный блок ПК 100…1700

Системный блок сервера 200…1500

Монитор для ПК ЭЛТ 15…200

Монитор для ПК ЖК 2…40

Лампа люминесцентная бытовая 5…30

Лампа накаливания бытовая 25…150

Холодильник бытовой 15…700

Электропылесос 100… 3000

Электрический утюг 300…2 000

Стиральная машина 350…2 000

Электрическая плитка 1000…2000

Сварочный аппарат бытовой 1000…5500

Двигатель лифта невысокого дома 3 000…15 000