Полезная в электрических цепях постоянного тока

Полезная в электрических цепях постоянного тока thumbnail

 îäíîêîíòóðíîé ýëåêòðè÷åñêîé öåïè ïîñòîÿííîãî òîêà ÝÄÑ Å, íàïðàâëåííàÿ âíóòðè èñòî÷íèêà ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè îò îòðèöàòåëüíîãî ïîëþñà ê ïîëîæèòåëüíîìó, âîçáóæäàåò òîê I òîãî æå íàïðàâëåíèÿ, êîòîðûé îïðåäåëÿþò ïî çàêîíó Îìà äëÿ âñåé öåïè:

I = E / (R + Râò),

ãäå R — ñîïðîòèâëåíèå âíåøíåé öåïè, ñî ñòîÿùåé èç ïðèåìíèêà è ñîåäèíèòåëüíûõ ïðîâîäîâ, Râò — ñîïðîòèâëåíèå âíóòðåííåé öåïè, â êîòîðóþ âõîäèò èñòî÷íèê ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè.

Åñëè ñîïðîòèâëåíèÿ âñåõ ýëåìåíòîâ ýëåêòðè÷åñêîé öåïè íå çàâèñÿò îò çíà÷åíèÿ è íàïðàâëåíèÿ òîêà è ÝÄÑ, òî èõ, à òàêæå ñàìó öåïü, íàçûâàþò ëèíåéíûìè.

 îäíîêîíòóðíîé ëèíåéíîé ýëåêòðè÷åñêîé öåïè ïîñòîÿííîãî òîêà ñ îäíèì èñòî÷íèêîì ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè òîê ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëåí ÝÄÑ è îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëåí îáùåìó ñîïðîòèâëåíèþ öåïè.

Ñõåìà îäíîêîíòóðíîé ýëåêòðè÷åñêîé öåïè ïîñòîÿííîãî òîê

Ðèñ. 1. Ñõåìà îäíîêîíòóðíîé ýëåêòðè÷åñêîé öåïè ïîñòîÿííîãî òîêà

Èç ïðèâåäåííîé âûøå ôîðìóëû ñëåäóåò, ÷òî E — RâòI = RI, îòêóäà I = (E — PâòI) / R èëè I = U / R, ãäå U = E — RâòI ÿâëÿåòñÿ íàïðÿæåíèåì èñòî÷íèêà ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè, êîòîðîå íàïðàâëåíî îò ïîëîæèòåëüíîãî ïîëþñà ê îòðèöàòåëüíîìó.

Ýëåêòðè÷åñêèå öåïè ïîñòîÿííîãî òîêàÏðè íåèçìåííîé ÝÄÑ íàïðÿæåíèå çàâèñèò òîëüêî îò òîêà, îïðåäåëÿþùåãî ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ RâòI âíóòðè èñòî÷íèêà ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè, åñëè ñîïðîòèâëåíèå âíóòðåííåé öåïè Râò = const.

Âûðàæåíèå I = U / R ÿâëÿåòñÿ çàêîíîì Îìà äëÿ ó÷àñòêà öåïè, ê çàæèìàì êîòîðîãî ïðèëîæåíî íàïðÿæåíèå U, ñîâïàäàþùåå ïî íàïðàâëåíèþ ñ òîêîì I ýòîãî æå ó÷àñòêà.

Çàâèñèìîñòü íàïðÿæåíèÿ îò òîêà U(I) ïðè Å = const è Râò = const íàçûâàþò âíåøíåé, èëè âîëüò-àìïåðíîé õàðàêòåðèñòèêîé ëèíåéíîãî èñòî÷íèêà ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè (ðèñ. 2), ïî êîòîðîé ìîæíî äëÿ ëþáîãî òîêà I îïðåäåëèòü ñîîòâåòñòâóþùåå åìó íàïðÿæåíèå U, à ïî ïðèâîäèìûì íèæå ôîðìóëàì — ðàññ÷èòàòü ìîùíîñòü ïðèåìíèêà ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè:

P2 = RI2 = E2R / (R +Râò)2,

ìîùíîñòü èñòî÷íèêà ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè:

P1 = (R + Râò) I2 = E2 / (R + Râò)

è êïä óñòàíîâêè â öåïÿõ ïîñòîÿííîãî òîêà:

η = P2 / P1 = R / (R + Râò) = 1 / (1 + Râò / R)

Âíåøíÿÿ õàðàêòåðèñòèêà èñòî÷íèêà ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè

Ðèñ. 2. Âíåøíÿÿ (âîëüò-àìïåðíàÿ) õàðàêòåðèñòèêà èñòî÷íèêà ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè

Òî÷êà X âîëüò-àìïåðíîé õàðàêòåðèñòèêè èñòî÷íèêà ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè îòâå÷àåò ðåæèìó õîëîñòîãî õîäà (õ. õ.) ïðè ðàçîìêíóòîé öåïè, êîãäà òîê Iõ = 0, à íàïðÿæåíèå Ux = Å.

Òî÷êà Í îïðåäåëÿåò íîìèíàëüíûé ðåæèì, åñëè íàïðÿæåíèå è òîê ñîîòâåòñòâóþò èõ íîìèíàëüíûì çíà÷åíèÿì Uíîì è Iíîì, ïðèâåäåííûì â ïàñïîðòå èñòî÷íèêà ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè.

Òî÷êà Ê õàðàêòåðèçóåò ðåæèì êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ (ê. ç.), âîçíèêàþùèé ïðè ñîåäèíåíèè ìåæäó ñîáîé çàæèìîâ èñòî÷íèêà ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè, ïðè êîòîðîì âíåøíåå ñîïðîòèâëåíèå R =0.  ýòîì ñëó÷àå âîçíèêàåò òîê êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ Iê = Å / Râò, êîòîðûé âî ìíîãî ðàç ïðåâûøàåò íîìèíàëüíûé òîê Iíîì èç-çà òîãî, ÷òî âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå èñòî÷íèêà ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè Râò

Òî÷êà Ñ îòâå÷àåò ñîãëàñîâàííîìó ðåæèìó, ïðè êîòîðîì ñîïðîòèâëåíèå âíåøíåé öåïè R ðàâíî ñîïðîòèâëåíèþ âíóòðåííåé öåëè Râò èñòî÷íèêà ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè.  ýòîì ðåæèìå âîçíèêàåò òîê Ic = E / 2Râò âíåøíåé öåïè îòâå÷àåò íàèáîëüøàÿ ìîùíîñòü P2max = E2 / 4Râò, à êîýôôèöèåíò ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ (êïä) óñòàíîâêè ηñ = 0,5.

Ñîãëàñîâàííûé ðåæèì, ïðè êîòîðîì:

P2 / P2max = 4R2 / (R + Râò)2 = 1 è Ic = E / 2R = I

Ãðàôèêè çàâèñèìîñòåé îòíîñèòåëüíîé ìîùíîñòè ïðèåìíèêà ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè è êïä óñòàíîâêè îò îòíîñèòåëüíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ïðèåìíèêà

Ðèñ. 3. Ãðàôèêè çàâèñèìîñòåé îòíîñèòåëüíîé ìîùíîñòè ïðèåìíèêà ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè è êïä óñòàíîâêè îò îòíîñèòåëüíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ïðèåìíèêà

 ýëåêòðîýíåðãåòè÷åñêèõ óñòàíîâêàõ ðåæèìû ýëåêòðè÷åñêèõ öåïåé çíà÷èòåëüíî îòëè÷àþòñÿ îò ñîãëàñîâàííîãî ðåæèìà è õàðàêòåðèçóþòñÿ òîêàìè I << Ic îáóñëîâëèâàåìûìè ñîïðîòèâëåíèÿìè ïðèåìíèêîâ R Râò, â ðåçóëüòàòå ÷åãî ðàáîòà òàêèõ ñèñòåì ïðîèñõîäèò ïðè âûñîêîì êîýôôèöèåíòå ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ.

Èçó÷åíèå ÿâëåíèé â ýëåêòðè÷åñêèõ öåïÿõ óïðîùàåòñÿ ïðè çàìåíå èõ ñõåìàìè çàìåùåíèÿ — ìàòåìàòè÷åñêèìè ìîäåëÿìè ñ èäåàëüíûìè ýëåìåíòàìè, êàæäûé èç êîòîðûõ õàðàêòåðèçóåòñÿ îäíèì è ïàðàìåòðîâ, âçÿòûõ èç ïàðàìåòðîâ íàìåòàåìûõ ýëåìåíòîâ. Ýòè ñõåìû ïîëíîñòüþ îòîáðàæàþò ñâîéñòâà ýëåêòðè÷åñêèõ öåïåé è ïðè ñîáëþäåíèè îïðåäåëåííûõ óñëîâèé îáëåã÷àþò àíàëèç ýëåêòðè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ ýëåêòðè÷åñêèõ öåïåé.

 ñõåìàõ çàìåùåíèÿ ñ àêòèâíûìè ýëåìåíòàìè ïîëüçóþòñÿ èäåàëüíûì èñòî÷íèêîì ÝÄÑ è èäåàëüíûì èñòî÷íèêîì òîêà.

Èäåàëüíûé èñòî÷íèê ÝÄÑ õàðàêòåðèçóåòñÿ ïîñòîÿííîé ÝÄÑ, Å è âíóòðåííèì ñîïðîòèâëåíèåì, ðàâíûì íóëþ, âñëåäñòâèå ÷åãî òîê òàêîãî èñòî÷íèêà îïðåäåëÿåòñÿ ñîïðîòèâëåíèåì ïðèñîåäèíåííûõ ïðèåìíèêîâ, à êîðîòêîå çàìûêàíèå âûçûâàåò òîê è ìîùíîñòü, òåîðåòè÷åñêè ñòðåìÿùèõñÿ ê áåñêîíå÷íî áîëüøîìó çíà÷åíèþ.

Èäåàëüíîìó èñòî÷íèêó òîêà ïðèïèñûâàþò âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå, ñòðåìÿùååñÿ ê áåñêîíå÷íî áîëüøîìó çíà÷åíèþ, è íåèçìåííûé òîê Iê íå çàâèñÿùèé îò íàïðÿæåíèÿ íà åãî çàæèìàõ, ðàâíûé òîêó êîðîòíîãî çàìûêàíèÿ, âñëåäñòâèå ÷åãî íåîãðàíè÷åííîå óâåëè÷åíèå ïðèñîåäèíåííîé ê èñòî÷íèêó íàãðóçêè ñîïðîâîæäàåòñÿ òåîðåòè÷åñêè íåîãðàíè÷åííûì âîçðàñòàíèåì íàïðÿæåíèÿ è ìîùíîñòè.

Ñõåìû çàìåùåíèÿ ýëåêòðè÷åñêîé öåïè ñ ðåàëüíûì èñòî÷íèêîì ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè è ðåçèñòîðîì, à — ñ èäåàëüíûì èñòî÷íèêîì ÝÄÑ, á - ñ èäåàëüíûì èñòî÷íèêîì òîêà

Ðèñ. 4. Ñõåìû çàìåùåíèÿ ýëåêòðè÷åñêîé öåïè ñ ðåàëüíûì èñòî÷íèêîì ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè è ðåçèñòîðîì, à — ñ èäåàëüíûì èñòî÷íèêîì ÝÄÑ,á- ñ èäåàëüíûì èñòî÷íèêîì òîêà.

Ðåàëüíûå èñòî÷íèêè ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè ñ ÝÄÑ Å, âíóòðåííèì ñîïðîòèâëåíèåì íèåì Râí è òîêîì êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ Iê ìîæíî ïðåäñòàâèòü ñõåìàìè çàìåùåíèÿ, â êîòîðûå âõîäÿò èäåàëüíûé èñòî÷íèê ÝÄÑ ëèáî èäåàëüíûì èñòî÷íèê òîêà ñîîòâåòñâåííî ñ ïîñëåäîâàòåëüíî è ïàðàëëåëüíî âêëþ÷åííûìè ðåçèñòèâíûìè ýëåìåíòàìè, õàðàêòåðèçóþùèìè âíóòðåííèå ïàðàìåòðû ðåàëüíîãî èñòî÷íèêà è îãðàíè÷èâàþùèìè ìîùíîñòü ïðèñîåäèíåííûõ ïðèåìíèêîâ (ðèñ. 4, à, á).

Ðåàëüíûå èñòî÷íèêè ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè ðàáîòàþò â ðåæèìàõ, áëèçêèõ ê ðåæèìó èäåàëüíûõ èñòî÷íèêîâ ÝÄÑ, åñëè ñîïðîòèâëåíèå ïðèåìíèêîâ âåëèêî ïî ñðàâíåíèþ ñ âíóòðåííèì ñîïðîòèâëåíèåì ðåàëüíûõ èñòî÷íèêîâ, ò. å. êîãäà îíè íàõîäÿòñÿ â ðåæèìàõ, áëèçêèõ ê ðåæèìó õîëîñòîãî õîäà.

 ñëó÷àÿõ, êîãäà ðàáî÷èå ðåæèìû áëèçêè ê ðåæèìó êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ, ðåàëüíûå èñòî÷íèêè ïðèáëèæàþòñÿ ê èäåàëüíûì èñòî÷íèêàì òîêà, ïîñêîëüêó ñîïðîòèâëåíèå ïðèåìíèêîâ ìàëî ïî ñðàâíåíèþ ñ âíóòðåííèì ñîïðîòèâëåíèåì ðåàëüíûõ èñòî÷íèêîâ.

Ýëåêòðè÷åñêèå öåïè ïîñòîÿííîãî òîêà

Источник

Человечество давно научилось использовать электрические явления природы в своих практических целях для получения, использования, а также преобразования энергии. Такое действие достигается путем применения определенных устройств. Элементы оборудования в совокупности образуют систему. Такая система известна, как электрическая цепь.

Читайте также:  Полезные свойства рукколы и рецепты салата

Элементы цепи

Электрическая цепь содержит в себе такие составляющие, как источники энергии, потребители, а также соединяющие их провода.

Существуют дополнительные приборы цепи, например, выключатели, измерители тока и защитные аппараты.

Источниками энергии в схеме такой цепи выступают аккумуляторы, генераторы тока и гальванические элементы. Их еще называют источниками питания.

В приемниках электрической цепи электроэнергия преобразовывается в другой тип энергии. Таким оборудованием бывают двигатели, нагреватели, лампы и т. д.

Стоит отметить, что система может быть внешней и внутренней. Они отличаются наличием приемника. Открытая цепь имеет его в своем составе, а закрытая — только источник тока.

Электрическая цепь постоянного тока

Ток, величина которого не меняется с течением времени, называется постоянным.

Цепь, через которую проходит такой источник электричества, имеет замкнутую систему. Это электрические цепи постоянного тока. Их составляют различные элементы.

Для обеспечения постоянного источника энергии в системе применяются конденсаторы. Они способны накапливать запасы электрических зарядов.

Электрическая цепь

Емкость конденсатора зависит от размера его металлических пластин.

Чем они больше, тем больший заряд может накопить этот элемент электрической цепи постоянного тока. Электрическую емкость изменяют в таких единицах, как фарада (ф). На схеме этот элемент выглядит следующим образом.

Схема электрической цепи

Вместе с источниками и приемниками тока эти элементы образуют электрические цепи постоянного тока.

Последовательное соединение в цепи

Большое количество электрических цепей состоят из нескольких приемников тока. Если эти элементы соединены друг с другом последовательно, то конец одного приемника присоединен к началу другого. Это последовательное соединение системы.

Электрические цепи постоянного тока

Сопротивление в этой электрической цепи приравнивается к сумме сопротивлений всех проводников системы. Они удлиняют пути прохождения тока, который будет одинаковым на отдельных участках системы.

Схема электрической цепи в классическом варианте содержит последовательно присоединенные проводники и нагляднее всего описывается таким прибором, как электрогирлянда.

Недостатком такой системы является тот факт, что в случае выхода из строя одного проводника, система не будет работать вся целиком.

Параллельное соединение цепи

Схема электрической цепи параллельного типа соединения элементов является системой, в которой начало содержащихся в ней проводников соединяются в одной точке, а концы их — в другой. Электрический ток в такой электрической системе имеет несколько вариантов пути прохождения. Он распределяется обратнопропорционально сопротивлению приемников энергии.

Сопротивление электрической цепи

Если у потребителей величина сопротивления одинаковая, то через них будет проходить одинаковый ток. В случае когда у одного приемника энергии сопротивление меньше, через него может пройти больше тока, чем через другие элементы системы.

Электрическая цепь и электрический ток, протекающий по ней, характеризуют электромагнитные процессы при помощи напряжения и силы тока. Сумма отдельно взятых элементов системы будет равна току в точке их соединения.

Присоединяя к такой цепи новые элементы, сопротивление системы будет уменьшаться. Это связано с увеличением общего сечения проводников при соединении нового потребителя электроэнергии. Позитивной характеристикой такого способа соединения цепи является автономность каждого элемента.

При отключении одного потребителя, совокупное сечение проводников уменьшается, а сопротивление электрической цепи становится большим.

Смешанное соединение в цепи

Смешанный вариант соединения довольно распространен в сфере производства электротехники.

Электрическая цепь и электрический ток

Эта цепь содержит в себе одновременно принцип последовательного и параллельного присоединения проводников.

Чтобы определить сопротивление нескольких потребителей такой схемы, находят отдельно сопротивление всех параллельно и последовательно присоединенных проводников. Их приравнивают к единому проводнику, что в итоге упрощает всю схему.

Режимы работы цепи

Опираясь на показатели нагрузки, различают такие режимы функционирования цепи: номинальный, холостой ход, замыкание и согласование.

При номинальной работе система выполняет характеристики, заявленные в техпаспорте оборудования. Холостой ход образуется в случае обрыва цепи. Этот режим работы относится к аварийным. Электрическая цепь в режиме короткого замыкания имеет сопротивление, которое равно нулю. Это также аварийный режим.

Согласование характеризуется перемещением наибольшей мощности от источника энергии к проводнику. В таком режиме нагрузка равняется сопротивлению источника питания.

Ознакомившись с основными характеристиками и видами такой системы, как электрическая цепь, становится возможным понять принцип функционирования любого электрооборудования. Данное устройство работы системы применяется к любому электрическому бытовому прибору. Применяя полученные знания, можно понять причину поломки оборудования или оценить правильность его работы в соответствии с техническими характеристиками, заявленными производителем.

Источник

Электри́ческая мо́щность — физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии.
Единицей измерения в Международной системе единиц (СИ) является ватт (русское обозначение: Вт, международное: W).

Мгновенная электрическая мощность[править | править код]

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 в точку , к величине пробного заряда. То есть можно сказать, что электрическое напряжение равно работе по переносу единичного заряда из точки в точку . Другими словами, при движении единичного заряда по участку электрической цепи он совершит работу, численно равную электрическому напряжению, действующему на участке цепи. Умножив работу 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:

Читайте также:  Самый популярный ответ какая каша самая полезная

 — напряжение на участке (принимаем его постоянным на интервале ),
 — количество зарядов, прошедших от к за время ,
 — работа, совершённая зарядом при движении по участку ,
 — мощность.

Записывая вышеприведённые рассуждения, получаем:

Для единичного заряда на участке :

Для всех зарядов:

Поскольку ток есть электрический заряд, протекающий по проводнику в единицу времени, то есть по определению, в результате получаем:

.

Полагая время бесконечно малым, можно принять, что величины напряжения и тока за это время тоже изменятся бесконечно мало. В итоге получаем следующее определение мгновенной электрической мощности:

мгновенная электрическая мощность , выделяющаяся на участке электрической цепи, есть произведение мгновенных значений напряжения и силы тока на этом участке:

Если участок цепи содержит резистор c электрическим сопротивлением , то

.

Дифференциальные выражения для электрической мощности[править | править код]

Мощность, выделяемая в единице объёма, равна:

,

где  — напряжённость электрического поля,  — плотность тока. Отрицательное значение скалярного произведения (векторы и противонаправлены или образуют тупой угол) означает, что в данной точке электрическая мощность не рассеивается, а генерируется за счёт работы сторонних сил.

В случае изотропной среды в линейном приближении:

,

где  — удельная проводимость, величина, обратная удельному сопротивлению.

В случае наличия анизотропии (например, в монокристалле или жидком кристалле, а также при наличии эффекта Холла) в линейном приближении:

,

где  — тензор проводимости.

Мощность постоянного тока[править | править код]

Так как значения силы тока и напряжения постоянны и равны мгновенным значениям в любой момент времени, то мощность можно вычислить по формуле:

.

Для пассивной линейной цепи, в которой соблюдается закон Ома, можно записать:

, где  — электрическое сопротивление.

Если цепь содержит источник ЭДС, то отдаваемая им или поглощаемая на нём электрическая мощность равна:

, где  — ЭДС.

Если ток внутри ЭДС противонаправлен градиенту потенциала (течёт внутри ЭДС от плюса к минусу), то мощность поглощается источником ЭДС из сети (например, при работе электродвигателя или заряде аккумулятора), если сонаправлен (течёт внутри ЭДС от минуса к плюсу), то отдаётся источником в сеть (скажем, при работе гальванической батареи или генератора). При учёте внутреннего сопротивления источника ЭДС выделяемая на нём мощность прибавляется к поглощаемой или вычитается из отдаваемой.

Мощность переменного тока[править | править код]

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 (сдвиг фаз) — аргументом. Для такой модели оказываются справедливыми все выписанные ниже соотношения.

Активная мощность[править | править код]

Единица измерения в СИ — ватт[1].

.

Среднее за период значение мгновенной мощности называется активной электрической мощностью или электрической мощностью: . В цепях однофазного синусоидального тока , где и  — среднеквадратичные значения напряжения и тока,  — угол сдвига фаз между ними. Для цепей несинусоидального тока электрическая мощность равна сумме соответствующих средних мощностей отдельных гармоник. Активная мощность характеризует скорость необратимого превращения электрической энергии в другие виды энергии (тепловую и электромагнитную). Активная мощность может быть также выражена через силу тока, напряжение и активную составляющую сопротивления цепи или её проводимость по формуле . В любой электрической цепи как синусоидального, так и несинусоидального тока активная мощность всей цепи равна сумме активных мощностей отдельных частей цепи, для трёхфазных цепей электрическая мощность определяется как сумма мощностей отдельных фаз. С полной мощностью активная связана соотношением .

В теории длинных линий (анализ электромагнитных процессов в линии передачи, длина которой сравнима с длиной электромагнитной волны) полным аналогом активной мощности является проходящая мощность, которая определяется как разность между падающей мощностью и отражённой мощностью.

Реактивная мощность[править | править код]

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 «электротехника»[1][2].

.

Вар определяется как реактивная мощность цепи с синусоидальным переменным током при действующих значениях напряжения 1 В и тока 1 А, если сдвиг фазы между током и напряжением [3].

Читайте также:  Полезно ли качаться железом для здоровья

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

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.

Необходимо отметить, что величина для значений от 0 до плюс 90° является положительной величиной. Величина для значений от 0 до −90° является отрицательной величиной. В соответствии с формулой , реактивная мощность может быть как положительной величиной (если нагрузка имеет активно-индуктивный характер), так и отрицательной (если нагрузка имеет активно-ёмкостный характер). Данное обстоятельство подчёркивает тот факт, что реактивная мощность не участвует в работе электрического тока. Когда устройство имеет положительную реактивную мощность, то принято говорить, что оно её потребляет, а когда отрицательную — то производит, но это чистая условность, связанная с тем, что большинство электропотребляющих устройств (например, асинхронные двигатели), а также чисто активная нагрузка, подключаемая через трансформатор, являются активно-индуктивными.

Синхронные генераторы, установленные на электрических станциях, могут как производить, так и потреблять реактивную мощность в зависимости от величины тока возбуждения, протекающего в обмотке ротора генератора. За счёт этой особенности синхронных электрических машин осуществляется регулирование заданного уровня напряжения сети. Для устранения перегрузок и повышения коэффициента мощности электрических установок осуществляется компенсация реактивной мощности.

Применение современных электрических измерительных преобразователей на микропроцессорной технике позволяет производить более точную оценку величины энергии, возвращаемой от индуктивной и ёмкостной нагрузки в источник переменного напряжения.

Полная мощность[править | править код]

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»[1][2].

Полная мощность — величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока в цепи и напряжения на её зажимах: ; связана с активной и реактивной мощностями соотношением: , где  — активная мощность,  — реактивная мощность (при индуктивной нагрузке , а при ёмкостной ).

Векторная зависимость между полной, активной и реактивной мощностью выражается формулой:
.

Полная мощность имеет практическое значение, как величина, описывающая нагрузки, фактически налагаемые потребителем на элементы подводящей электросети (провода, кабели, распределительные щиты, трансформаторы, линии электропередачи), так как эти нагрузки зависят от потребляемого тока, а не от фактически использованной потребителем энергии. Именно поэтому полная мощность трансформаторов и распределительных щитов измеряется в вольт-амперах, а не в ваттах.

Комплексная мощность[править | править код]

Мощность, аналогично импедансу, можно записать в комплексном виде:

где  — комплексное напряжение,  — комплексный ток,  — импеданс, * — оператор комплексного сопряжения.

Модуль комплексной мощности равен полной мощности . Действительная часть равна активной мощности , а мнимая  — реактивной мощности с корректным знаком в зависимости от характера нагрузки.

Измерения[править | править код]

  • Для измерения электрической мощности применяются ваттметры и варметры, можно также использовать косвенный метод, с помощью вольтметра и амперметра.
  • Для измерения коэффициента реактивной мощности применяют фазометры
  • Государственный эталон — ГЭТ 153—2012 Государственный первичный эталон единицы электрической мощности в диапазоне частот от 1 до 2500 Гц. Институт-хранитель: ВНИИМ

Потребление мощности некоторыми электроприборами[править | править код]

В таблице указаны значения мощности некоторых потребителей электрического тока:

Электрический приборМощность,Вт
Лампочка фонарика1
Сетевой роутер, хаб10…20
Системный блок ПК100…1700
Системный блок сервера200…1500
Монитор для ПК ЭЛТ15…200
Монитор для ПК ЖК2…40
Лампа люминесцентная бытовая5…30
Лампа накаливания бытовая25…150
Холодильник бытовой15…700
Электропылесос100… 3000
Электрический утюг300…2 000
Стиральная машина350…2 000
Электрическая плитка1000…2000
Сварочный аппарат бытовой1000…5500
Двигатель лифта невысокого дома3 000…15 000
Двигатель трамвая45 000…75 000
Двигатель электровоза650 000
Электродвигатель шахтной подъёмной машины1 000 000…5 000 000
Электродвигатели прокатного стана6 000 000…32 000 000

Выходная мощность[править | править код]

различных усилителей мощности

  • также см. КПД

См. также[править | править код]

  • Мощность (физика)
  • Ваттметр
  • Электрический ток
  • Коэффициент мощности
  • Список параметров напряжения и силы электрического тока
  • Закон Ома

Примечания[править | править код]

Литература[править | править код]

  • ГОСТ 8.417-2002 Единицы величин
  • ПР 50.2.102-2009 Положение о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации
  • Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. — М: Высшая школа, 1984.
  • Гольдштейн Е. И., Сулайманов А. О., Гурин Т. С. Мощностные характеристики электрических цепей при несинусоидальных токах и напряжениях. ТПУ, — Томск, 2009, Деп. в ВИНИТИ, 06.04.09, № 193—2009. — 146 с.

Ссылки[править | править код]

  • Преобразование энергии в электрической цепи
  • Для чего нужна компенсация реактивной мощности
  • Расчет мощности по току и напряжению

Источник