Одиниці виміру потужності та види потужностей двигунів. Обчислення енергетичної потужності підприємства. Що таке активна та реактивна потужність змінного електричного струму? У чому вимірюється корисна потужність

Всі ми щодня стикаємося з електроприладами, здається без них наше життя зупиняється. І у кожного з них у технічної інструкціївказано потужність. Сьогодні ми розберемося що це таке, дізнаємося види і способи розрахунку.

Електроприлади, що підключаються до електромережі, працюють у ланцюгу. змінного струмуТому ми розглядатимемо потужність саме в цих умовах. Проте, насамперед, дамо загальне визначення поняттю.

Потужність - фізична величина, що відображає швидкість перетворення або передачі електричної енергії.

У вужчому сенсі кажуть, що електрична потужність- Це відношення роботи, що виконується за деякий проміжок часу, до цього проміжку часу.

Якщо перефразувати це визначення менш науково, то виходить, що потужність - це певна кількість енергії, яка витрачається споживачем за певний проміжок часу. Найпростіший приклад – це звичайна лампа розжарювання. Швидкість, з якою лампочка перетворює споживану електроенергію на тепло і світло, і буде її потужністю. Відповідно, чим вище цей показник у лампочки, тим більше вона споживатиме енергії, і тим більше віддасть світла.

Оскільки в даному випадку відбувається не тільки процес перетворення електроенергії на якусь іншу ( світлову, теплову тощо.), але й процес коливання електричного та магнітного поля, з'являється зсув фази між силою струму та напругою, і це слід враховувати при подальших розрахунках.

При розрахунку потужності в ланцюзі змінного струму прийнято виділяти активну, реактивну та повну складові.

Поняття активної потужності

Активна "корисна" потужність - це та частина потужності, яка характеризує безпосередньо процес перетворення електричної енергії в якусь іншу енергію. позначається латинською літерою P і вимірюється ( Вт).

Розраховується за такою формулою: P = U⋅I⋅cosφ,

де U та I – середньоквадратичне значення напруги та сили струму ланцюга відповідно, cos φ – косинус кута зсуву фази між напругою та струмом.

ВАЖЛИВО!Описана раніше формула підходить для розрахунку ланцюгів з проте потужні агрегати зазвичай використовують мережу з напругою 380В. У такому разі вираз слід помножити на корінь із трьох або 1.73

Поняття реактивної потужності

Реактивна "шкідлива" потужність - це потужність, яка утворюється в процесі роботи електроприладів з індуктивним або ємнісним навантаженням, і відображає те, що відбувається електромагнітні коливання. Простіше кажучи, це енергія, яка переходить від джерела живлення до споживача, а потім повертається у мережу.

Використовувати в справах цю складову природно не можна, мало того, вона багато в чому шкодить мережі харчування, тому зазвичай його намагаються компенсувати.

Позначається ця величина латинською літерою Q.

ПАМ'ЯТАЙТЕ!Реактивна потужність вимірюється над звичних ватах ( Вт), а у вольт-амперах реактивних ( Вар).

Розраховується за такою формулою:

Q = U⋅I⋅sinφ,

де U та I – середньоквадратичне значення напруги та сили струму ланцюга відповідно, sinφ – синус кута зсуву фази між напругою та струмом.

ВАЖЛИВО!При розрахунку ця величина може бути як позитивною, і негативною – залежно від руху фази.

Ємнісні та індуктивні навантаження

Головна відмінність реактивної ( ємнісної та індуктивної) навантаження - наявність, власне, ємності та індуктивності, які мають властивість запасати енергію і пізніше віддавати її в мережу.

Індуктивне навантаження перетворює енергію електричного струмуспочатку в магнітне поле ( протягом половини півперіоду), а далі перетворює енергію магнітного поля на електричний струм і передає в мережу. Прикладом можуть бути асинхронні двигуни, випрямлячі, трансформатори, електромагніти.

ВАЖЛИВО!При роботі індуктивного навантаження крива струму завжди відстає від кривої напруги половину напівперіоду.

Ємне навантаження перетворює енергію електричного струму в електричне поле, а потім перетворює енергію отриманого поля назад в електричний струм. Обидва процеси знову ж таки протікають протягом половини півперіоду кожен. Прикладами є конденсатори, акумулятори, синхронні двигуни.

ВАЖЛИВО!Під час роботи ємнісного навантаження крива струму випереджає криву напруги половину напівперіоду.

Коефіцієнт потужності cosφ

Коефіцієнт потужності cosφ ( читається косинус фі) - це скалярна фізична величина, що відображає ефективність споживання електричної енергії. Простіше кажучи, коефіцієнт cosφ показує наявність реактивної частини та величину одержуваної активної частини щодо всієї потужності.

Коефіцієнт cosφ знаходиться через відношення активної електричної потужності до повної електричної потужності.

ЗВЕРНІТЬ УВАГУ!При більш точному розрахунку слід враховувати нелінійні спотворення синусоїди, проте у звичайних розрахунках ними нехтують.

Значення цього коефіцієнта може змінюватися від 0 до 1 ( якщо розрахунок ведеться у відсотках, то від 0% до 100%). З розрахункової формули не складно зрозуміти, що чим більше його значення, тим більша активна складова, а значить, краще показники приладу.

Концепція повної потужності. Трикутник потужностей

Повна потужність – це геометрично обчислювана величина, що дорівнює кореню із суми квадратів активної та реактивної потужностей відповідно. Позначається латинською літерою S.

S = U⋅I

ВАЖЛИВО!Повна потужність вимірюється у вольт-амперах ( ВА).

Трикутник потужностей – це зручне уявлення всіх раніше описаних обчислень та співвідношень між активною, реактивною та повною потужностями.

Катети відображають реактивну та активну складові, гіпотенуза – повну потужність. Відповідно до законів геометрії, косинус кута φ дорівнює відношенню активної та повної складових, тобто є коефіцієнтом потужності.

Як знайти активну, реактивну та повну потужності. Приклад розрахунку

Усі розрахунки будуються на зазначених раніше формулах та трикутнику потужностей. Давайте розглянемо завдання, що найчастіше зустрічається на практиці.

Зазвичай на електроприладах вказано активну потужність і значення коефіцієнта cosφ. Маючи ці дані неважко розрахувати реактивну та повну складові.

Для цього розділимо активну потужність на коефіцієнт cos і отримаємо твір струму і напруги. Це буде повною потужністю.

Як вимірюють cosφ на практиці

Значення коефіцієнта cosφ зазвичай вказано на бирках електроприладів, проте, якщо необхідно виміряти його практично користуються спеціалізованим приладом – фазометром . Також із цим завданням легко впорається цифровий ватметр.

Якщо отриманий коефіцієнт cosφ досить низький, його можна компенсувати практично. Здійснюється це переважно шляхом включення в ланцюг додаткових приладів.

1. Якщо необхідно скоригувати реактивну складову, слід включити в ланцюг реактивний елемент, що діє протилежно вже функціонуючого приладу. Для компенсації роботи асинхронного двигуна, для прикладу індуктивного навантаження, паралель включається конденсатор. Для компенсації синхронного двигуна підключається електромагніт.
2. Якщо необхідно скоригувати проблеми нелінійності в схему вводять пасивний коректор коефіцієнта cosφ, наприклад, це може бути дросель з високою індуктивністю, що послідовно підключається з навантаженням.

Потужність – це один із найважливіших показників електроприладів, тому знати якою вона буває і як розраховується, корисно не лише школярам та людям, що спеціалізуються в галузі техніки, а й кожному з нас.

За певний проміжок часу, до цього проміжку часу.

Ефективна потужність, потужність двигуна, що віддається робочій машині безпосередньо або через силову передачу Розрізняють корисну, повну та номінальну Е. м. двигуна. Корисною називають Е. м. двигуна за вирахуванням витрат потужності на приведення в дію допоміжних агрегатів або механізмів, необхідних для його роботи, але які мають окремий привід (не від двигуна безпосередньо). Повна Е. м. - Потужність двигуна без відрахування зазначених витрат. Номінальна Е. м., або просто номінальна потужність - Е. м., гарантована заводом-виробником для певних умов роботи. Залежно від типу та призначення двигуна встановлюються Е. м., що регламентуються стандартами або технічними умовами (наприклад, найбільша потужність суднового реверсивного двигуна при певній частоті обертання колінчастого валу у разі заднього ходу судна – так звана потужність заднього ходу, найбільша потужність авіаційного двигуна при мінімальному питомій витраті палива - так звана крейсерська потужність тощо). Е. м. залежить від форсування (інтенсифікації) робочого процесу, розмірів та механічного ккд двигуна.

Одиниці виміру

Іншою поширеною одиницею вимірювання потужності є кінська сила.

Потужність у механіці

Якщо на тіло, що рухається, діє сила , то ця сила здійснює роботу. Потужність у цьому випадку дорівнює скалярному твору вектора сили на вектор швидкості, з якої рухається тіло:

M- момент, - кутова швидкість, - число пі, n- Частота обертання (про/хв).

Електрична потужність

Електрична потужність- фізична величина, що характеризує швидкість передачі чи перетворення електричної енергії.

S - Повна потужність, ВА

P - Активна потужність, Вт

Q - Реактивна потужність, ВАр

Прилади для вимірювання потужності

Примітки

Див. також

Посилання

• Вплив форми електричного струму з його дію. Журнал "Радіо", номер 6, 1999 р.

Wikimedia Foundation. 2010 .

Дивитись що таке "Потужність (фізика)" в інших словниках:

Наука, що вивчає найпростіші і водночас найбільш загальні закономірності явищ природи, св ва та будову матерії та закони її руху. Поняття Ф. та її закони лежать в основі всього природознавства. Ф. відноситься до точних наук і вивчає кількості ... Фізична енциклопедія

Приклади різноманітних фізичних явищ Фізика (від ін. грец. φύσις … Вікіпедія

I. Предмет і структура фізики Ф. - наука, що вивчає найпростіші і водночас найбільш загальні закономірності явищ природи, властивості та будову матерії та закони її руху. Тому поняття Ф. і се закони лежать в основі всього ... Велика Радянська Енциклопедія

Фізика високих щільностей енергій (Hed Energy Density Physics, HED Physics) розділ фізики на стику фізики конденсованого стану та фізики плазми, що займається вивченням систем, що мають високу щільність енергії. Під високою … Вікіпедія

Електрична потужність - фізична величина, що характеризує швидкість передачі або перетворення електричної енергії. Зміст 1 Миттєва електрична потужність … Вікіпедія

Електрична потужність - фізична величина, що характеризує швидкість передачі або перетворення електричної енергії. 1 Миттєва електрична потужність 2 Потужність постійного струму … Вікіпедія

Цей термін має й інші значення, див. Інтенсивність. Інтенсивність Розмірність MT−3 Одиниці виміру СІ Вт/м² … Вікіпедія

Ваттметр (ват + гр. μετρεω вимірюю) вимірювальний прилад, призначений для визначення потужності електричного струму або електромагнітного сигналу. Зміст 1 Класифікація 2 Ваттметри низької частоти та постійного струму … Вікіпедія

Потужність- фізична величина, що дорівнює загальному випадку швидкості зміни, перетворення, передачі або споживання енергії системи. У вужчому сенсі потужність дорівнює відношенню роботи, що виконується за деякий проміжок часу, до цього проміжку часу.

Розрізняють середню потужність за проміжок часу

і миттєву потужність даний моментчасу:

Інтеграл від миттєвої потужності за проміжок часу дорівнює повній переданій енергії за цей час:

Одиниці виміру. У Міжнародній системі одиниць (СІ) одиницею вимірювання потужності є ват, що дорівнює одному джоулю, поділеному на секунду. механічна робота потужність електрична

Іншою поширеною, але нині застарілою одиницею вимірювання потужності є кінська сила. У своїх рекомендаціях Міжнародна організація законодавчої метрології (МОЗМ) відносить кінську силу до одиниць виміру, "які мають бути вилучені з обігу якомога швидше там, де вони використовуються в даний час, і які не повинні вводитися, якщо вони не використовуються"

Співвідношення між одиницями потужності (див. Додаток 9).

Потужність у механіці. Якщо на тіло, що рухається, діє сила, то ця сила здійснює роботу. Потужність у цьому випадку дорівнює скалярному твору вектора сили на вектор швидкості, з якої рухається тіло:

де F- Сила, v- швидкість, - кут між вектором швидкості та сили.

Частковий випадок потужності при обертальному русі:

M- момент сили, - кутова швидкість, - число пі, n- частота обертання (кількість обертів за хвилину, об/хв.).

Електрична потужність

Механічна потужність.Потужність характеризує швидкість виконання роботи.

Потужність (N) - фізична величина, що дорівнює відношенню роботи A до проміжку часу t, протягом якого виконана ця робота.

Потужність показує, яка робота відбувається за одиницю часу.

У Міжнародній системі (СІ) одиниця потужності називається Ватт (Вт) на честь англійського винахідника Джеймса Ватта (Уатта), який побудував першу парову машину.

[N] = Вт = Дж / c

• 1 Вт = 1 Дж/1с
• 1 Ватт дорівнює потужності сили, що здійснює роботу в 1 Дж за 1 секунду або коли вантаж масою 100г піднімають на висоту 1м за 1 секунду.

Сам Джеймс Уатт (1736-1819) користувався іншою одиницею потужності - кінською силою (1 л.с.), яку він ввів з метою можливості порівняння працездатності парової машини та коня.

1л.с. = 735 Вт.

Однак, потужність одного середнього коня - близько 1/2 л.с., хоча коні бувають різні.

"Живі двигуни" короткочасно можуть підвищувати свою потужність у кілька разів.

Кінь може доводити свою потужність при бігу та стрибках до десятикратної та більше величини.

Роблячи стрибок на висоту в 1м, кінь вагою 500кг розвиває потужність рівну 5000 Вт = 6,8 л.

Вважається, що в середньому потужність людини при спокійній ходьбі дорівнює приблизно 0,1 л. тобто 70-90Вт.

При бігу, стрибках людина може розвивати потужність у багато разів більшу.

Виявляється, найпотужнішим джерелом механічної енергії є вогнепальна зброя!

За допомогою гармати можна кинути ядро ​​масою 900кг зі швидкістю 500м/с, розвиваючи за 0,01 секунд близько 110 000 000 Дж роботи. Ця робота рівнозначна роботі з підйому 75 т вантажу на вершину піраміди Хеопса (висота 150 м).

Потужність пострілу гармати становитиме 11 000 000 000 Вт = 15 000 000 к.с.

Сила напруги м'язів людини приблизно дорівнює силі тяжіння, що діє на нього.

ця формула справедлива для рівномірного руху з постійною швидкістю та у разі змінного руху для середньої швидкості.

З цих формул видно, що при постійній потужності двигуна швидкість руху обернено пропорційна силі тяги і навпаки.

На цьому заснований принцип дії коробки швидкостей (коробки змін передач) різних транспортних засобів.

Електрична потужність. Електрична потужність - фізична величина, що характеризує швидкість передачі або перетворення електричної енергії. При вивченні мереж змінного струму, крім миттєвої потужності, що відповідає загальнофізичному визначенню, вводяться також поняття активної потужності, що дорівнює середньому за період значення миттєвої, реактивної потужності, що відповідає енергії, що циркулює без диссипації від джерела до споживача і назад, і повної потужності, що обчислюється добуток діючих значень струму та напруги без урахування зсуву фаз.

U – це робота, що виконується при переміщенні одного кулона, а струм I – кількість кулонів, що проходять за 1 сек. Тому добуток струму на напругу показує повну роботу, виконану за 1 с, тобто електричну потужність або потужність електричного струму.

Аналізуючи наведену формулу, можна зробити дуже простий висновок: оскільки електрична потужність "P" однаковою мірою залежить від струму "I" і від напруги "U", то, отже, ту саму електричну потужність можна отримати або при великому струмі і малому напрузі, або ж, навпаки, при великій напрузі і малому струмі (Це використовується при передачі електроенергії на віддалені відстані від електростанцій до місць споживання, шляхом трансформаторного перетворення на електропідстанціях, що підвищують і знижують).

Активна електрична потужність (це потужність, яка безповоротно перетворюється на інші види енергії – теплову, світлову, механічну тощо) має свою одиницю виміру – Вт (Ватт). Вона дорівнює добутку 1 вольта на 1 ампер. У побуті та на виробництві потужність зручніше вимірювати у кВт (кіловатах, 1 кВт = 1000 Вт). На електростанціях вже використовуються великі одиниці - мВт (мегавати, 1 мВт = 1000 кВт = 1 000 000 Вт).

Реактивна електрична потужність - це величина, що характеризує такий вид електричного навантаження, що створюються в пристроях (електрообладнанні) коливаннями енергії (індуктивного та ємнісного характеру) електромагнітного поля. Для звичайного змінного струму вона дорівнює добутку робочого струму I і падіння напруги U на синус кута зсуву фаз між ними:

Q = U * I * sin (кута).

Реактивна потужність має свою одиницю виміру під назвою ВАр (вольт-ампер реактивний). Позначається літерою "Q".

Питома потужність. Питома потужність – відношення потужності двигуна до його маси або ін. Параметру.

Питома потужність автомобіля. Стосовно автомобілів питомою потужністю називають максимальну потужність мотора, віднесену до всієї маси автомобіля. Потужність поршневого двигуна, поділена на літраж двигуна, називається літровою потужністю. Наприклад, літрова потужність бензинових моторів становить 30...45 кВт/л, а у дизелів без турбонаддува - 10...15 кВт/л.

Збільшення питомої потужності двигуна призводить, в кінцевому рахунку, до скорочення витрати палива, так як не потрібно транспортувати важкий двигун. Цього домагаються рахунок легких сплавів, вдосконалення конструкції та форсування (збільшення швидкохідності та ступеня стиснення, застосування турбонаддуву тощо). Але цієї залежності дотримується який завжди. Зокрема, більш важкі дизельні двигуни можуть бути економічнішими, оскільки ККД сучасного дизеля з турбонаддувом сягає 50 %.

У літературі, використовуючи цей термін, часто наводять обернену величину кг/л.с. або кг/кВт.

Питома потужність танків. Потужність, надійність та інші параметри танкових двигунів постійно зростали та покращувалися. Якщо на ранніх моделях задовольнялися фактично автомобільними моторами, то зі зростанням маси танків у 1920-х-1940-х роках. набули поширення адаптовані авіаційні мотори, а пізніше і спеціально сконструйовані танкові дизельні (багатопаливні) двигуни. Для забезпечення прийнятних ходових якостей танка його питома потужність (ставлення потужності двигуна до бойової маси танка) має бути не менше 18-20 л. с. /т. Питома потужність деяких сучасних танків (див. Додаток 10).

Активна потужність. Активна потужність - середнє за період значення миттєвої потужності змінного струму:

Активна потужність - це величина, яка характеризує процес перетворення електроенергії на будь-який інший вид енергії. Іншими словами, електрична потужність показує швидкість споживання електроенергії. Це та потужність, за яку ми платимо гроші, яку рахує лічильник.

Активну потужність можна визначити за такою формулою:

Потужні характеристики навантаження можна точно поставити одним єдиним параметром (активна потужність в Вт) тільки для випадку постійного струму, так як в ланцюзі постійного струму існує єдиний тип опору - активний опір.

Потужні характеристики навантаження для випадку змінного струму неможливо точно задати одним єдиним параметром, тому що в ланцюзі змінного струму існує два різних типуопору - активне та реактивне. Тому лише два параметри: активна потужність та реактивна потужність точно характеризують навантаження.

Принцип дії активного та реактивного опорів зовсім різний. Активний опір - незворотно перетворює електричну енергію на інші види енергії (теплову, світлову і т.д.) - приклади: лампа розжарювання, електронагрівач.

Реактивний опір - поперемінно накопичує енергію, потім видає її назад у мережу - приклади: конденсатор, котушка індуктивності.

Активна потужність (розсіювана на активному опорі) вимірюється у ватах, а реактивна потужність (циркулює через реактивний опір) вимірюється у варах; так само для характеристики потужності навантаження використовують ще два параметри: повну потужність та коефіцієнт потужності. Всі ці 4 параметри:

Активна потужність: позначення P, одиниця виміру: Ватт.

Реактивна потужність: позначення Q, одиниця виміру: ВАр (Вольт Ампер реактивний).

Повна потужність: позначення S, одиниця виміру: ВА (Вольт Ампер).

Коефіцієнт потужності: позначення k або cosФ, одиниця виміру: безрозмірна величина.

Ці параметри пов'язані з співвідношенням:

S*S=P*P+Q*Q, cosF=k=P/S.

Також cosФ називається коефіцієнтом потужності.

Тому в електротехніці для характеристики потужності задаються будь-які два з цих параметрів, оскільки інші можуть бути знайдені з цих двох.

Те саме і з джерелами харчування. Їхня потужність (навантажувальна здатність) характеризується одним параметром для джерел живлення постійного струму - активна потужність (Вт), і двома параметрами для іст. живлення змінного струму. Зазвичай цими двома параметрами є повна потужність (ВА) та активна (Вт).

Більшість офісної та побутової техніки, активні (реактивний опір відсутня чи мало), тому їх потужність вказується у Ваттах. У цьому випадку при розрахунку навантаження використовується значення потужності ДБЖ у Ват. Якщо навантаження є комп'ютери з блоками живлення (БП) без корекції вхідного коефіцієнта потужності (APFC), лазерний принтер, холодильник, кондиціонер, електромотор (наприклад, занурювальний насос або мотор у складі верстата), люмінісцентні баластні лампи та ін. - При розрахунку використовуються всі вих. дані ІБП: кВА, кВт, перевантажувальні характеристики та ін.

Реактивна потужність.Реактивна потужність, способи та види (засоби) компенсації реактивної потужності.

Реактивна потужність - частина повної потужності, що витрачається на електромагнітні процеси в навантаженні, що має ємнісну та індуктивну складові. Не виконує корисної роботи, викликає додаткове нагрівання провідників і вимагає застосування джерела енергії підвищеної потужності.

Реактивна потужність відноситься до технічних втрат в електромережах згідно з Наказом Мінпроменерго РФ № 267 від 04.10.2005.

За нормальних робочих умов усі споживачі електричної енергії, чий режим супроводжується постійним виникненням електромагнітних полів (електродвигуни, обладнання зварювання, люмінесцентні лампи та ін.) навантажують мережу як активної, так і реактивної складової повної споживаної потужності. Ця реактивна складова потужності (далі реактивна потужність) необхідна для роботи обладнання, що містить значні індуктивності, і в той же час може бути розглянуто як небажане додаткове навантаження на мережу.

При значному споживанні реактивної потужності напруга у мережі знижується. У дефіцитних за активною потужністю енергосистемах рівень напруги, як правило, нижчий за номінальний. Недостатня до виконання балансу активна потужність передається такі системи із сусідніх енергосистем, у яких є надлишок генерируемой потужності. Зазвичай енергосистеми дефіцитні за активною потужністю, дефіцитні та за реактивною потужністю. Однак недостатню реактивну потужність ефективніше не передавати із сусідніх енергосистем, а генерувати в пристроях, що компенсують, встановлених в даній енергосистемі. На відміну від активної потужності реактивна потужність може генеруватися не тільки генераторами, але й пристроями, що компенсують - конденсаторами, синхронними компенсаторами або статичними джерелами реактивної потужності, які можна встановити на підстанціях електричної мережі.

Компенсація реактивної потужності, в даний час, є важливим фактором, що дозволяє вирішити питання енергозбереження та зниження навантажень на електромережу. За оцінками вітчизняних та провідних зарубіжних фахівців, частка енергоресурсів, і зокрема електроенергії, займає значну величину в собівартості продукції. Це досить вагомий аргумент, щоб з усією серйозністю підійти до аналізу та аудиту енергоспоживання підприємства, вироблення методики та пошуку коштів для компенсації реактивної потужності.

Компенсація реактивної потужності. Кошти компенсації реактивної потужності.Індуктивному реактивному навантаженню, яке створюється електричними споживачами, можна протидіяти за допомогою ємнісного навантаження, підключаючи точно розрахований конденсатор. Це дозволяє знизити реактивну потужність, що споживається від мережі і називається коригуванням коефіцієнта потужності або компенсацією реактивної потужності.

Переваги використання конденсаторних установок як засобу компенсації реактивної потужності:

• · малі питомі втрати активної потужності (власні втрати сучасних низьковольтних косинусних конденсаторів не перевищують 0,5 Вт на 1000 ВАр);
• · Відсутність обертових частин;
• · простий монтаж та експлуатація (не потрібно фундаменту);
• · Щодо невисокі капіталовкладення;
• · Можливість підбору будь-якої необхідної потужності компенсації;
• · Можливість встановлення та підключення в будь-якій точці електромережі;
• · Відсутність шуму під час роботи;
• · Невеликі експлуатаційні витрати.

Залежно від підключення конденсаторної установки можливі такі види компенсації:

• 1. Індивідуальна або постійна компенсація, при якій індуктивна реактивна потужність компенсується безпосередньо в місці її виникнення, що веде до розвантаження проводів, що підводять (для окремих, що працюють у тривалому режимі споживачів з постійною або відносно великою потужністю - асинхронні двигуни, трансформатори, зварювальні апарати, розрядні лампи і т.д.).
• 2. Групова компенсація, в якій аналогічно індивідуальної компенсації для декількох одночасно працюючих індуктивних споживачів підключається загальний постійний конденсатор (для електродвигунів, що знаходяться поблизу один від одного, груп розрядних ламп). Тут також розвантажується лінія, що підводить, але тільки до розподілу на окремих споживачів.
• 3. Централізована компенсація, при якій певна кількість конденсаторів підключається до головної або групової розподільної шафи. Таку компенсацію застосовують, як правило, у великих електричних системах зі змінним навантаженням. Управління такою конденсаторною установкою виконує електронний регулятор – контролер, який постійно аналізує споживання реактивної потужності від мережі. Такі регулятори включають або відключають конденсатори, за допомогою яких компенсується миттєва реактивна потужність загального навантаження і, таким чином, зменшується сумарна потужність споживана від мережі.

Найважливішим завданням статистики устаткування є вимірювання потужності двигунів підприємства. Потужність двигунаназивається його здатність виконувати певну роботу за одиницю часу (секунду). Основною одиницею вимірювання потужності є кіловат (кВт). Оскільки енергетичне обладнання підприємства може включати двигуни, потужність яких виявляється у різних одиницях, сумарна потужність всіх двигунів виявляється у кіловатах. Для цього користуються такими постійними співвідношеннями:

Потужність двигунів можна охарактеризувати з різних точок зору.

Залежно від конструкції двигуна потужності розрізняють теоретичну, індикаторну та ефективну (справжню).

Потужність теоретичнавизначається шляхом розрахунків, виходячи з припущення про відсутність у двигуні механічних втрат (від тертя) та теплових втрат (від випромінювання). Теоретична потужність може бути обчислена будь-яких двигунів.

Потужність індикаторна(#/ВС) - потужність двигуна з урахуванням теплових, але без урахування механічних втрат. Вимірюється М.ндтому органі двигуна, де закінчуються втрати від випромінювання.

Третім видом конструктивних потужностей є потужність ефективна (ГЦе дійсна потужність, яка враховує втрати теплового та механічного характеру. Вимірюється на робочому валу двигуна.

Залежно від інтенсивності роботи двигуна потужність його може змінюватися, тому розрізняють такі потужності з навантаженням: нормальне (економічне), максимально тривале і максимально короткий час.

Потужність нормальна(Л/^ г) є потужністю, за якої двигун найбільш економно витрачає паливо та енергію на одиницю сили, тобто має найвищий коефіцієнт корисної дії (к.п.д.). При відхиленні навантаження вгору або вниз від нормальної к.д. знижується.

в Основному з метою отримання максимальної кількості енергії під час експлуатації силових пристроїв для них встановлюється режим максимального навантаження, при якому двигун без шкоди для свого стану може працювати невизначено тривалий період. Потужність, характерна для максимального навантаження більшості силових двигунів, називається максимально тривалою (Ммт()-

Потужністю максимально короткочасною (№)називається граничне навантаження двигуна, за якого він без аварії може працювати короткий час, зазвичай, не більше 30 хв.

Усі три види потужності навантаження є потенційними, оскільки визначають не дійсне, а можливе навантаження. Для повноти характеристики потужності двигуна слід одночасно враховувати його потужність, за конструкцією та за навантаженням. Як правило, це буде потужність максимально тривала та ефективна.

Для характеристики потужностей двигунів за експлуатаційним призначеннямрозрізняють приєднану потужність, встановлену, наявну, пікову, резервну, середню фактичну та середньорічну.

Приєднаною потужністю (Мпріс)називається потужність всіх приймачів, приєднаних до електростанції, зокрема потужність електромоторів чужого струму в абонентів та електромоторів свого струму.

Великі електростанції забезпечують електроенергією абонентів, які мають різні графіки навантаження. Наприклад, вранці різко зростає потреба у енергії виробництва та міського транспорту (трамвай, тролейбус), але зменшується на освітлення; у вечірні години припиняється робота частини підприємств, але різко зростає потреба видовищних закладів електричної енергії. За рахунок неодночасного приєднання абонентів до станції приєднана потужність зазвичай більша за потужність станції в 2-2,5 рази. Отже, станція потужністю 30 тис. кВт може обслуговувати абонентів, потужність приймачів струму яких становить 60 тис. кВт і більше.

Потужність встановлена(л/) є загальною максимально тривалою ефективною потужністю встановлених двигунів (для електростанції – потужність електрогенераторів).

Оскільки частина двигунів, що знаходяться в ремонті і чекають на ремонт, не може бути використана, велике значення набуває наявна потужність (Мнаяві)- сумарна потужність всіх пристроїв, за винятком тих, що знаходяться в ремонті або чекають на нього.

За певний період, наприклад, за добу, місяць чи квартал, важливо визначити максимум навантаження, який називають піковою потужністю ША.

Різниця між наявною та піковою потужностями називається резервною потужністю.Вона складається з двох частин, що мають різне економічне значення: за потужністю резервних двигунів, призначених для дня заміни тих, що працюють, у разі аварії, та з недовантаження двигунів, що працюють у годину пік.

Для багатьох практичних розрахунків визначається середня фактична потужністьЛ. Розраховується вона для окремого двигуна шляхом розподілу виробленої за період енергії в кіловат-годинах на фактичний час роботи у годиннику, тобто

Щоб обчислити середню фактичну потужність кількох двигунів, які працюють спільно, треба енергію, яку вони виробляють, розділити на час роботи всіх двигунів, зменшений на час їхньої спільної роботи. Так, формула середньої фактичної потужності двох двигунів, що працюють спільно в тій чи іншій комбінації, матиме вигляд

Приклад 7.1

Обчислити середню фактичну потужність двох двигунів, з яких перший працював з 6 до 16 годин, і виробив 630 кВт x годину енергії, а другий працював з 8 до 23 годин, і виробив 715 кВт x годину енергії.

Загальна кількість виробленої енергії: 630+715 = 1345 кВт х год.

Загальний час роботи двигунів: (16-6) + (23-8) = 25 годин.

Час спільної роботи двигунів: (16-8) = 8 годин.

Крім середньої фактичної потужності, обчислюють потужність середньорічну (М),яка показує, скільки кіловат годин енергії в середньому за рік вироблено протягом однієї години.

Для цього вироблена енергія поділяється на кількість годин уроку-8760. завжди менше, ніж причому їх співвідношення А ^ УЛ ^ характеризує ступінь використання двигуна в часі за річний період.

На підприємствах встановлені двигуни, які виконують різні функції: первинні двигуни виробляють механічну енергію, а вторинні – трансформують механічну енергію в електричну(електрогенератори) або електричну в механічну та теплову (електромотори та електроапарати).

Якщо визначення сумарної потужності підприємства скласти потужність первинних і вторинних двигунів, буде допущено повторний рахунок; крім того, до розрахунку сумарної потужності повинна входити лише потужність, що використовується у виробничому процесі. Отже, потужність двигунів, встановлених на силовій станції підприємства, енергія яких відпускається на бік, не слід враховувати щодо енергетичної потужності певного підприємства, оскільки вона буде врахована на підприємствах - споживачах енергії.

Рис. 7.1. в

З рис. 7.1 видно, що первинні двигуни можуть безпосередньо надавати руху робочі машини або передавати механічну енергію електрогенераторам для трансформації її в електричну; електроенергія власних електрогенераторів може бути використана як для живлення електромоторів та електроапаратів свого та змішаного струму, так і для забезпечення господарських потреб підприємства. Частина електроенергії може бути відпущена набік. У той же час енергія, отримана збоку, забезпечує роботу електромоторів та електроапаратів чужого та змішаного струму. Самостійно враховується потужність первинних двигунів прямої дії та потужність транспортних двигунів. Просумувавши потужності первинних та вторинних двигунів, ми допустимо подвійний рахунок. Тому застосовується формула обчислення енергетичної потужності підприємства,яка повністю виключає повторний рахунок:

У загальній потужності первинних двигунів №) враховується також потужність двигунів прямої дії та тих, що використовуються на заводському транспорті.

Формула 7.3 не тільки виключає повторний рахунок потужності, а й розмежовує потужність механічного та електричного приводу.

Потужність механічного приводу дорівнює різниці між потужністю всіх первинних двигунів підприємства та потужністю тієї їх частини, яка обслуговує електрогенератори. (МПД-М^^^^). Цярізниця є потужністю первинних двигунів, безпосередньо пов'язаних із робочими машинами (за допомогою трансмісії або системи зубчастих коліс).

Потужність електричного приводу визначається як сума потужностей електромоторів та електроапаратів, тобто вторинних двигунів, які безпосередньо обслуговують виробничий процес.

Іноді при обчисленні енергетичної потужності підприємства потужність первинних двигунів, що обслуговують електрогенератори Гп.д.обсл.ел.ген)>невідома. Щоб визначити, треба потужність електрогенераторів помножити на коефіцієнт 1,04. Походження цього коефіцієнта таке: середній коефіцієнт корисної дії електрогенераторів приймаємо рівним 0,96, а це означає, що потужність первинних двигунів, які їх обслуговують можна отримати розподілом потужності первинних двигунів на 0,96 або множенням на 1,04. 0,96

Для визначення кількості енергії, спожитої підприємством,користуються формулою, аналогічною тій, що використовується для обчислення сумарної потужності:

Приклад 7.2

Обчислити потенційну та середню фактичну потужність підприємства, знаючи, що підприємство працювало 200 годин і мало своємурозпорядженні таке енергетичне обладнання:

^^=400+50+350 0,736+100 0,736 - 250-1,04 + 220 + 600 = І34І,2л5ж.

Для обчислення Іфнеобхідно визначити енергію, спожиту підприємством:

Ещйпр = 80000 + 42000 o 0,736 +10000 - 0,736 - 48000 o 1,04 + 42000 + 90000 = 200 352 кВт.

З листа клієнта:
Підкажіть, заради Бога, чому потужність ДБЖ вказується у Вольт-Амперах, а не у звичних для всіх кіловат. Це сильно напружує. Адже всі вже давно звикли до кіловатів. Та й потужність всіх приладів здебільшого вказана у кВт.
Олексій. 21 червня 2007

В технічні характеристикибудь-якого ДБЖ вказані повна потужність [кВА] та активна потужність [кВт] – вони характеризують навантажувальну здатність ДБЖ. Приклад, див. фотографії нижче:

Потужність не всіх приладів вказана у Вт, наприклад:

• Потужність трансформаторів вказується у ВА:
  http://www.mstator.ru/products/sonstige/powertransf (трансформатори ТП: см додаток)
  http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (трансформатори ТСГЛ: см додаток)
• Потужність конденсаторів вказується у Варах:
  http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (конденсатори K78-39: см додаток)
  http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (конденсатори КК: см додаток)
• Приклади інших навантажень - див.

Потужні характеристики навантаження можна точно задати одним єдиним параметром (активна потужність в Вт) тільки для випадку постійного струму, так як в ланцюзі постійного струму існує єдиний тип опору - активний опір.

Потужні характеристики навантаження для випадку змінного струму неможливо точно задати одним єдиним параметром, так як в ланцюзі змінного струму існує два різні типи опору - активний і реактивний. Тому лише два параметри: активна потужність та реактивна потужність точно характеризують навантаження.

Принцип дії активного та реактивного опорів зовсім різний. Активний опір – незворотно перетворює електричну енергію на інші види енергії (теплову, світлову тощо) – приклади: лампа розжарювання, електронагрівач (параграф 39, Фізика 11 клас В.А. Касьянов М.: Дрофа, 2007).

Реактивний опір – поперемінно накопичує енергію, потім видає її назад у мережу – приклади: конденсатор, котушка індуктивності (параграф 40,41, Фізика 11 клас В.А. Касьянов М.: Дрофа, 2007).

Далі в будь-якому підручнику з електротехніки Ви можете прочитати, що активна потужність (розсіювана на активному опорі) вимірюється у ватах, а реактивна потужність (циркулює через реактивний опір) вимірюється у варах; так само для характеристики потужності навантаження використовують ще два параметри: повну потужність та коефіцієнт потужності. Всі ці 4 параметри:

1. Активна потужність: позначення P, одиниця виміру: Ватт
2. Реактивна потужність: позначення Q, одиниця виміру: ВАр(Вольт Ампер реактивний)
3. Повна потужність: позначення S, одиниця виміру: ВА(Вольт Ампер)
4. Коефіцієнт потужності: позначення kабо cosФ, одиниця виміру: безрозмірна величина

Ці параметри пов'язані співвідношеннями: S * S = P * P + Q * Q, cos Ф = k = P / S

Також cosФназивається коефіцієнтом потужності ( Power Factor – PF)

Тому в електротехніці для характеристики потужності задаються будь-які два з цих параметрів, оскільки інші можуть бути знайдені з цих двох.

Наприклад, електромотори, лампи (розрядні) – у тих. даних вказані P[кВт] та cosФ:
http://www.mez.by/dvigatel/air_table2.shtml (двигуни АІР: див. додаток)
http://www.mscom.ru/katalog.php?num=38 (лампи ДРЛ: див. додаток)
(Приклади технічних даних різних навантажень див. додаток нижче)

Те саме і з джерелами харчування. Їхня потужність (навантажувальна здатність) характеризується одним параметром для джерел живлення постійного струму – активна потужність (Вт), і двома параметрами для іст. живлення змінного струму. Зазвичай цими двома параметрами є повна потужність (ВА) та активна (Вт). наприклад, параметри ДГУ та ДБЖ.

Більшість офісної та побутової техніки, активні (реактивний опір відсутня чи мало), тому їх потужність вказується у Ваттах. У цьому випадку при розрахунку навантаження використовується значення потужності ДБЖ у Ват. Якщо навантаженням є комп'ютери з блоками живлення (БП) без корекції вхідного коефіцієнта потужності (APFC), лазерний принтер, холодильник, кондиціонер, електромотор (наприклад, занурювальний насос або мотор у складі верстата), люмінісцентні баластні лампи та ін. – при розрахунку використовуються всі вих . дані ІБП: кВА, кВт, перевантажувальні характеристики та ін.

Див. підручники з електротехніки, наприклад:

1. Євдокимов Ф. Є. Теоретичні основи електротехніки. - М: Видавничий центр "Академія", 2004.

2. Нємцов М. В. Електротехніка та електроніка. - М: Видавничий центр "Академія", 2007.

3. Частоїдів Л. А. Електротехніка. - М: Вища школа, 1989.

Також див. AC Power, Power factor, Electrical resistance, Reactance http://en.wikipedia.org
(Переклад: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)

додаток

Приклад 1: потужність трансформаторів та автотрансформаторів вказується у ВА (Вольт·Амперах)

http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (трансформатори ТСГЛ)

http://www.gstransformers.com/products/voltage-regulators.html (ЛАТР / лабораторні автотрансформатори TDGC2)

Приклад 2: потужність конденсаторів вказується у Варах (Вольт Амперах реактивних)

http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (конденсатори K78-39)

http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (конденсатори КК)

Приклад 3: технічні дані електромоторів містять активну потужність (кВт) та cosФ

Для таких навантажень як електромотори, лампи (розрядні), комп'ютерні блокиживлення, комбіновані навантаження та ін - в технічних даних зазначені P [кВт] та cosФ (активна потужність та коефіцієнт потужності) або S [кВА] та cosФ (повна потужність та коефіцієнт потужності) .

http://www.weiku.com/products/10359463/Stainless_Steel_cutting_machine.html
(комбіноване навантаження – верстат плазмового різання сталі / Inverter Plasma cutter LGK160 (IGBT)

http://www.silverstonetek.com.tw/product.php?pid=365&area=en (блок живлення ПК)

Додаток 1

Якщо навантаження має високий коефіцієнт потужності (0.8…1.0), то її властивості наближаються до активного навантаження. Таке навантаження є ідеальним як мережної лінії, так джерел електроенергії, т.к. не породжує реактивних струмів та потужностей у системі.

Тому в багатьох країнах прийнято стандарти, що нормують коефіцієнт потужності обладнання.

Додаток 2

Устаткування однонавантажувальне (наприклад, БП ПК) та багатоскладове комбіноване (наприклад, фрезерний промисловий верстат, що має у складі кілька моторів, ПК, освітлення та ін.) мають низькі коефіцієнти потужності (менше 0.8) внутрішніх агрегатів (наприклад, випрямляч БП ПК або електромотор мають коефіцієнт потужності 0.6.. 0.8). Тому в даний час більшість обладнання має вхідний блок коректора коефіцієнта потужності. І тут вхідний коефіцієнт потужності дорівнює 0.9 ... 1.0, що відповідає нормативним стандартам.

Додаток 3. Важливе зауваження щодо коефіцієнта потужності ДБЖ та стабілізаторів напруги

Навантажувальна здатність ДБЖ та ДГУ нормована на стандартне промислове навантаження (коефіцієнт потужності 0.8 з індуктивним характером). Наприклад, ДБЖ 100 кВА/80 кВт. Це означає, що пристрій може живити активне навантаження максимальної потужності 80 кВт або змішане (активно-реактивне) навантаження максимальної потужності 100 кВА з індуктивним коефіцієнтом потужності 0.8.

У стабілізаторах напруги справа інакша. Для стабілізатора коефіцієнт потужності навантаження байдужий. Наприклад, стабілізатор напруги 100 кВА. Це означає, що пристрій може живити активне навантаження максимальної потужності 100 кВт або будь-яку іншу (чисто активну, чисто реактивну, змішану) потужністю 100 кВА або 100 кВАр з будь-яким коефіцієнтом потужності ємнісного або індуктивного характеру. Зверніть увагу, що це справедливо для лінійного навантаження (без найвищих гармонік струму). При великих гармонічних спотвореннях струму навантаження (високий КНД) вихідна потужність стабілізатора знижується.

Додаток 4

Наочні приклади чистого активного та чистого реактивних навантажень:

• До мережі змінного струму 220 VAC підключена лампа розжарювання 100 Вт – скрізь у ланцюзі є струм провідності (через провідники дротів та вольфрамовий волосок лампи). Характеристики навантаження (лампи): потужність S=P~=100 ВА=100 Вт, PF=1 => вся електрична потужність активна, а значить вона повністю поглащається в лампі і перетворюється на потужність тепла та світла.
• До мережі змінного струму 220 VAC підключений неполярний конденсатор 7 мкФ - в ланцюзі дротів є струм провідності, всередині конденсатора йде струм зміщення (через діелектрик). Характеристики навантаження (конденсатора): потужність S = Q ~ = 100 ВА = 100 ВАр, PF = 0 => вся електрична потужність реактивна, а значить вона постійно циркулює від джерела до навантаження і назад, знову до навантаження і т.д.

Додаток 5

Для позначення переважного реактивного опору (індуктивного чи ємнісного) коефіцієнту потужності приписується символ:

+ (плюс)– якщо сумарний реактивний опір індуктивний (приклад: PF=+0.5). Фаза струму відстає від фази напруги кут Ф.

- (мінус)– якщо сумарний реактивний опір є ємнісним (наприклад: PF=-0,5). Фаза струму випереджає фазу напруги кут Ф.

Додаток 6

Додаткові питання

Питання 1:
Чому у всіх підручниках електротехніки при розрахунку ланцюгів змінного струму використовують уявні числа/величини (наприклад, реактивна потужність, реактивний опір та ін.), які не існують насправді?

Відповідь:
Так, всі окремі величини в навколишньому світі – дійсні. У тому числі температура, реактивний опір і т.д. Використання уявних (комплексних) чисел – це лише математичний прийом, який полегшує обчислення. В результаті обчислення виходить обов'язково дійсне число. Приклад: реактивна потужність навантаження (конденсатора) 20кВАр - це реальний потік енергії, тобто реальні ВАТ, що циркулюють в ланцюзі джерело-навантаження. Але щоб відрізнити ці Ватти від Ваттов, безповоротно поглащаемых навантаженням, ці «Ватти, що циркулюють» вирішили називати Вольт·Амперами реактивними.

Зауваження:
Раніше у фізиці використовувалися лише поодинокі величини та при розрахунку всі математичні величини відповідали реальним величинам навколишнього світу. Наприклад, відстань дорівнює швидкість помножити на час (S = v * t). Потім з розвитком фізики, тобто в міру вивчення складніших об'єктів (світло, хвилі, змінний електричний струм, атом, космос та ін.) з'явилася така велика кількість фізичних величин, що розраховувати кожну окремо стало неможливо. Це проблема як ручного обчислення, а й проблема складання програм для ЕОМ. Для вирішення це завдання близькі одиночні величини стали об'єднувати в складніші (включають 2 і більше одиночних величин), що підпорядковуються відомим у математиці законам перетворення. Так з'явилися скалярні (одинокі) величини (температура та ін.), векторні та комплексні здвоєні (імпеданс та ін.), векторні будовені (вектор магнітного поля та ін.), та більш складні величини – матриці та тензори (тензор діелектричної проникності, тензор Річчі та ін.). Для спрощення розрахунків в електротехніці використовуються такі уявні (комплексні) здвоєні величини:

1. Повний опір (імпеданс) Z=R+iX
2. Повна потужність S = P + iQ
3. Діелектрична проникність e=e"+ie"
4. Магнітна проникність m=m"+im"
5. та ін.

Питання 2:

На сторінці http://en.wikipedia.org/wiki/Ac_power показані S P Q Ф на комплексній, тобто уявній/неіснуючій площині. Який стосунок це все має до реальності?

Відповідь:
Проводити розрахунки з реальними синусоїдами складно, для спрощення обчислень використовують векторне (комплексне) уявлення як у рис. вище. Але це не означає, що показані на малюнку S P Q не мають відношення до реальності. Реальні величини S P Q можуть бути представлені у звичайному вигляді на основі вимірювань синусоїдальних сигналів осцилографом. Величини S P Q Ф I U в ланцюзі змінного струму «джерело-навантаження» залежать від навантаження. Нижче показаний приклад реальних синусоїдальних сигналів S P Q і Ф для випадку навантаження що складається з послідовно з'єднаних активного та реактивного (індуктивного) опорів.

Питання 3:
Звичайними струмовими кліщами та мультиметром виміряний струм навантаження 10 A, та напруга на навантаженні 225 В. Перемножуємо та отримуємо потужність навантаження у Вт: 10 A · 225В = 2250 Вт.

Відповідь:
Ви отримали (розрахували) повну потужність навантаження 2250 ВА. Тому ваша відповідь буде справедливою тільки, якщо ваше навантаження чисто активне, тоді справді Вольт Ампер дорівнює Ватту. Для інших типів навантажень (наприклад електромотор) – немає. Для вимірювання всіх характеристик будь-якого довільного навантаження необхідно використовувати аналізатор мережі, наприклад APPA137:

Див. додаткову літературу, наприклад:

Євдокимов Ф. Є. Теоретичні засади електротехніки. - М: Видавничий центр "Академія", 2004.

Нємцов М. В. Електротехніка та електроніка. - М: Видавничий центр "Академія", 2007.

Частоєдов Л. А. Електротехніка. - М: Вища школа, 1989.

AC Power, Power factor, Electrical resistance, Reactance
http://en.wikipedia.org (переклад: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)

Теорія та розрахунок трансформаторів малої потужності Ю.Н.Стародубцев / РадіоСофт Москва 2005 / rev d25d5r4feb2013