Активная, реактивная, полная мощность и коэффициент мощности

Мощностные характеристики нагрузки можно точно задать одним единственным параметром (активная мощность в Вт) только для случая постоянного тока, так как в цепи постоянного тока существует единственный тип сопротивления – активное сопротивление.

Мощностные характеристики нагрузки для случая переменного тока невозможно точно задать одним единственным параметром, так как в цепи переменного тока существует два разных типа сопротивления – активное и реактивное. Поэтому только два параметра: активная мощность (это полезная мощность, отбираемая нагрузкой, в том числе и ИБП, из электросети и преобразуемая в энергию любого иного вида (механическую, тепловую, электрическую, электромагнитную и др.) и реактивная мощность ( это мощность или поток энергии, циркулирующий через реактивное сопротивление электрической цепи (емкостное или индуктивное).

Рассеяния энергии на реактивных элементах не происходит, так как полученная ими энергия от источника и энергия и возвращенная обратно в сеть в течение периода эквивалентны. Считается, что в большинстве случаев реактивная энергия (мощность), циркулирующая в электрической цепи, является паразитной и приводит к нежелательному разогреву проводников, а также к перегреву и ухудшению режимов работы прочих устройств сети, как генерирующих электричество, так и его потребителей.) точно характеризуют нагрузку.

Принцип действия активного и реактивного сопротивлений совершенно различный. Активное сопротивление – необратимо преобразует электрическую энергию в другие виды энергии (тепловую, световую и т.д.) – примеры: лампа накаливания, электронагреватель (параграф 39, Физика 11 класс В.А. Касьянов М.: Дрофа, 2007). Реактивное сопротивление – попеременно накапливает энергию затем выдаёт её обратно в сеть – примеры: конденсатор, катушка индуктивности (параграф 40,41, Физика 11 класс В.А. Касьянов М.: Дрофа, 2007).

Дальше в любом учебнике по электротехнике Вы можете прочитать, что активная мощность (рассеиваемая на активном сопротивлении) измеряется в ваттах, а реактивная мощность (циркулирующая через реактивное сопротивление) измеряется в варах; так же для характеристики мощности нагрузки используют ещё два параметра: полную мощность и коэффициент мощности.
Все эти 4 параметра:

1. Активная мощность: обозначение P, единица измерения: Ватт
2. Реактивная мощность: обозначение Q, единица измерения: ВАр (Вольт Ампер реактивный)
3. Полная мощность:обозначение S, единица измерения: ВА (Вольт Ампер)
4. Коэффициент мощности: обозначение k или cosФ, единица измерения: безразмерная величина

Эти параметры связаны соотношениями:  S*S=P*P+Q*Q,   cosФ=k=P/S
Также cosФ называется коэффициентом мощности (Power Factor – PF)

Поэтому в электротехнике для характеристики мощности задаются любые два из этих параметров так как остальные могут быть найдены из этих двух.

То же самое и с источниками питания. Их мощность (нагрузочная способность) характеризуется одним параметром для источников питания постоянного тока – активная мощность (Вт), и двумя параметрами для ист. питания переменного тока. Обычно этими двумя параметрами являются полная мощность (ВА) и активная (Вт). См. например параметры ДГУ и ИБП.

Большинство офисной и бытовой техники, активные (реактивное сопротивление отсутствует или мало), поэтому их мощность указывается в Ваттах. В этом случае при расчёте нагрузки используется значение мощности ИБП в Ваттах. Если нагрузкой являются компьютеры с блоками питания (БП) без коррекции входного коэффициента мощности (APFC), лазерный принтер, холодильник, кондиционер, электромотор (например погружной насос или мотор в составе станка), люминисцентные балластные лампы и др. – при расчёте используются все вых. данные ибп: кВА, кВт, перегрузочные характеристики и др.

Нагрузочная способность ИБП и ДГУ нормирована на стандартную промышленную нагрузку (коэффициент мощности 0.8 с индуктивным характером). Например, ИБП 100 кВА / 80 кВт. Это означает, что устройство может питать активную нагрузку максимальной мощности 80 кВт, или смешанную (активно-реактивную) нагрузку максимальной мощности 100 кВА с индуктивным коэффициентом мощности 0.8. В стабилизаторах напряжения дело обстоит иначе.

Для стабилизатора напряжения коэффициент мощности нагрузки безразличен. Например, стабилизатор напряжения 100 кВА. Это означает, что устройство может питать активную нагрузку максимальной мощности 100 кВт, или любую другую (чисто активную, чисто реактивную, смешанную) мощностью 100 кВА или 100 кВАр с любым коэффициентом мощности емкостного или индуктивного характера. Обратите внимание, что это справедливо для линейной нагрузки (без высших гармоник тока). При больших гармонических искажениях тока нагрузки (высокий КНИ) выходная мощность стабилизатора снижается.

В чем физический смысл активной, реактивной и полной мощностей? Назовите единицы измерения?

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 4

Активная мощность потребляется в активных сопротивлениях, и, в конечном итоге, за счет нее выполняется механическая работа или происходит нагревание резисторов. Реактивная мощность-эта та мощность, которая попросту «болтается в проводах». Она не потребляется активно цепью, но системы передачи оказываются ею загруженными.

Пусть приемник электро­энергии присоединен к источнику синусоидального напряжения u(t) =

Usin(ωt) и потребляет синусоидальный ток i(t) = I sin (ωt -φ), сдви­нутый по фазе относительно напряжения на угол φ. U и I – действующие значения. Значение мгновенной мощности на зажимах приемника определяется выражением

p(t) = u(t) ∙i(t) = 2UI sin(ωt) sin (ωt -φ) = UI cos φ — UI cos (2ωt -φ)

(5.1)

и является суммой двух величин, одна из которых постоянна во времени, а другая пульсирует с двойной частотой.

Среднее значение

p(t) за период Т называется активной мощностью и полностью определяется первым слагаемым уравнения (5.1):

Активная мощность ха­рактеризует энергию, расходуемую необратимо источником в единицу времени на производство полезной работы потребителем. Активная энергия, потребляемая электроприёмниками, преобразуется в другие виды энергии: механическую, тепловую, энергию сжатого воздуха и

газа и т. п.

Среднее значение от второго слагаемого мгновенной мощности (1.1) (пульсирует с двойной частотой) за время Т равно нулю, т. е. на ее создание не требуется каких-либо материальных затрат и поэтому она не может совершать полезной ра­боты. Однако ее присутствие указывает, что между источником и приемником происходит обратимый процесс обмена энергией. Это возможно, если имеются элементы, способные накапливать и отдавать электромагнитную энергию – емкость и индуктивность. Эта составляющая характеризует реактивную мощность.

Полную мощность на зажимах приемника в комп­лексной форме можно представить следующим образом:

.

(5.2)

Единица измерения полной мощности S = UI – ВА.

Реактивная мощность – величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями (обменом) энергии между источником и приемником. Для синусоидального тока она равна произведению действующих значений тока I и напряжения U на синус угла сдвига фаз между ними: Q = UI sinφ. Единица измерения – В∙Ар.

Реактивная мощность не связана с полезной работой ЭП и расходуется только на создание переменных электромагнитных полей в электродвигателях, трансформаторах, аппаратах, линиях и т. д.

Для реактивной мощности приняты такие понятия, как генерация, потребление, передача, потери, баланс. Считается, что если ток отстает по фазе от напряжения (индуктивный характер нагрузки), то реактивная мощ­ность потребляется и имеет положительный знак, а если ток опережает напряжение (емкостный характер нагрузки), то реактивная мощность ге­нерируется и имеет отрицательное значение.

Основными потребителями реактивной мощности на промышленных предприятиях являются асинхронные двигатели (60–65 % общего потреб­ления), трансформаторы (20–25 %), вентильные преобразователи, реакторы, воздушные электрические сети и прочие приемники (10 %).

Передача реактивной мощности загружает электрические сети и установленное в ней оборудование, уменьшая их пропускную способность. Реактивная мощность генерируется синхронными генераторами электростанций, синхронными компенса­торами, синхронными двигателями (регулирование током возбуждения), батареями конденсаторов (БК) и линиями электропередачи.

Реактивная мощность, вырабатываемая емкостью сетей, имеет следующий порядок величин: воздушная линия 20 кВ генерирует 1 кВ∙Ар на 1 км трехфазной линии; подземный кабель 20 кВ – 20 кВ∙Ар/км; воздушная линия 220 кВ – 150 кВ∙Ар/км; подземный кабель 220 кВ – 3 МВ∙Ар/км.

Коэффициент мощности и коэффициент реактивной мощности.Векторное представление величин, характеризующих состояние сети, приводит к представлению реактивной мощности Q вектором, перпендикулярным вектору активной мощности

Р (рис. 5.2 ). Их векторная сумма дает полную мощность S.

Рис. 5.1. Треугольник мощностей

Согласно рис. 5.1 и (5.2) следует, что S² = Р² + Q²; tgφ = Q/P; cosφ = P/S.

Основным нормативным показателем, характе­ризующим реактивную мощность, ранее был коэффициент мощности cosφ. На вводах, питающих промышленное предприятие, средневзвешенное значение этого коэффициента должно было находиться в пределах 0,92–0,95. Однако выбор соотношения P/S в качестве нормативного не дает четкого представления о динамике изменения реального значения реактивной мощности. Например, при изменении коэффициента мощности от 0,95 до 0,94 реактивная мощность изменяется на 10 %, а при изменении этого же коэффициента от 0,99 до 0,98 приращение реактивной мощности составляет уже 42 %. При расчетах удобнее оперировать соотношением tgφ = Q/P, которое называют коэффициентом реактивной мощности.

Предприятиям, у которых присоединенная мощность более 150 кВт (за исключением «бытовых» потребителей), определены предельные значения коэффициента реактивной мощности, потребляемой в часы больших суточных нагрузок электрической сети – с 7 до 23 часов (Приказ Министерства промышленности и энергетики РФ от 22.02.2007 г. № 49 «О порядке расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии»).

Контрольные вопросы лаб. работы № 2

Законы Кирхгофа.

Для формулировки законов Кирхгофа, в электрической цепи выделяются узлы — точки соединения трёх и более проводников и контуры — замкнутые пути из проводников. При этом каждый проводник может входить в несколько контуров.

В этом случае законы формулируются следующим образом.

Первый закон гласит, что суммарный ток, втекающий в любой узел цепи, равен нулю. Иными словами, сколько тока втекает в узел, столько из него и вытекает. Данный закон следует из закона сохранения заряда. Если цепь содержит p узлов, то она описывается p − 1 уравнениями токов.

Второй закон гласит, что суммарное напряжение по любому замкнутому контуру цепи, равно сумме ЭДС, которые в нём находятся. Если в контуре нет ЭДС, то суммарное напряжение равно нулю. Иными словами, при обходе цепи по контуру, потенциал, изменяясь, возвращается к исходному значению. Если цепь содержит m ветвей, то она описывается m − (p − 1) уравнениями напряжений.

Законы Кирхгофа –правила, которые показывают, как соотносятся токи и напряжения в электрических цепях. Эти правила были сформулированы Густавом Кирхгофом в 1845 году. В литературе часто называют законами Кирхгофа, но это не верно, так как они не являются законами природы, а были выведены из третьего уравнения Максвелла при неизменном магнитном поле. Но все же, первое более привычное для них название, поэтому и мы будет их называть, как это принято в литературе – законы Кирхгофа.

Первый закон Кирхгофа – сумма токов сходящихся в узле равна нулю.

Давайте разбираться. Узел это точка, соединяющая ветви. Ветвью называется участок цепи между узлами. На рисунке видно, что ток i входит в узел, а из узла выходят токи i₁ и i₂. Составляем выражение по первому закона Кирхгофа, учитывая, что токи, входящие в узел имеют знак плюс, а токи, исходящие из узла имеют знак минус i-i₁-i₂=0. Ток i как бы растекается на два тока поменьше и равен сумме токов i₁ и i₂ i=i₁+i₂. Но если бы, например, ток i₂ входил в узел, тогда бы ток I определялся как i=i₁-i₂. Важно учитывать знаки при составлении уравнения.

Первый закон Кирхгофа это следствие закона сохранения электричества: заряд, приходящий к узлу за некоторый промежуток времени, равен заряду, уходящему за этот же интервал времени от узла, т.е. электрический заряд в узле не накапливается и не исчезает.

Второй закон Кирхгофа – алгебраическая сумма ЭДС, действующая в замкнутом контуре, равна алгебраической сумме падений напряжения в этом контуре.

Напряжение выражено как произведение тока на сопротивление (по закону Ома).

 

В этом законе тоже существуют свои правила по применению. Для начала нужно задать стрелкой направление обхода контура. Затем просуммировать ЭДС и напряжения соответственно, беря со знаком плюс, если величина совпадает с направлением обхода и минус, если не совпадает. Составим уравнение по второму закону Кирхгофа, для нашей схемы. Смотрим на нашу стрелку, E₂ и Е₃ совпадают с ней по направлению, значит знак плюс, а Е₁ направлено в противоположную сторону, значит знак минус. Теперь смотрим на напряжения, ток I₁ совпадает по направлению со стрелкой, а токи I₂ и I₃ направлены противоположно. Следовательно:

-E₁+E₂+E₃=I₁R₁-I₂R₂-I₃R₃

На основании законов Кирхгофа составлены методы анализа цепей переменного синусоидального тока. Метод контурных токов – метод основанный на применении второго закона Кирхгофа и метод узловых потенциалов основанный на применении первого закона Кирхгофа.

Рекомендуемые страницы:

(мегавар+-+единица+измерения+электрической+реактивной+мощности) — со всех языков на русский

• 41 henry

  Англо-русский словарь нефтегазовой промышленности > henry

• 42 microsiemens

  Универсальный англо-русский словарь > microsiemens

• 43 J

  Джоуль (Дж)

  — 1. Единица измерения электрической работы, выполняемой током в один Ампер, преодолевающим сопротивление в один Ом в секунду Дж=Вт•с. 2. Единица измерения тепловой или механической работы, выполняемой силой в один Ньютон, действующей на один м². Дж=N•M.

  Англо-русский словарь по кондиционированию и вентиляции > J

• 44 joule

  Джоуль (Дж)

  — 1. Единица измерения электрической работы, выполняемой током в один Ампер, преодолевающим сопротивление в один Ом в секунду Дж=Вт•с. 2. Единица измерения тепловой или механической работы, выполняемой силой в один Ньютон, действующей на один м². Дж=N•M.

  Англо-русский словарь по кондиционированию и вентиляции > joule

• 45 joule

  Джоуль (Дж)

  — 1. Единица измерения электрической работы, выполняемой током в один Ампер, преодолевающим сопротивление в один Ом в секунду Дж=Вт•с. 2. Единица измерения тепловой или механической работы, выполняемой силой в один Ньютон, действующей на один м². Дж=N•M.

  English-Russian dictionary of terms for heating, ventilation, air conditioning and cooling air > joule

• 46 J

  Джоуль (Дж)

  — 1. Единица измерения электрической работы, выполняемой током в один Ампер, преодолевающим сопротивление в один Ом в секунду Дж=Вт•с. 2. Единица измерения тепловой или механической работы, выполняемой силой в один Ньютон, действующей на один м². Дж=N•M.

  English-Russian dictionary of terms for heating, ventilation, air conditioning and cooling air > J

• 47 dBm

  Единица измерения; Wireless Единица измерения. Равна выходной мощности 1 МВт при частоте 1 КГц и импендансе 600 Ом.

  English-Russian dictionary of computer abbreviations and terms > dBm

• 48 farad

  [‘færəd]

  ; эл.; сокр. F

  Англо-русский современный словарь > farad

• 49 Farad

  n <-(s), -> сокр F) физ, эл фарад(а)

  Универсальный немецко-русский словарь > Farad

• 50 единица

  ж

  2) Eins f, Einer m; единицы Einzelne pl 3) Eins f, «Sehr schlecht» Fünf

  БНРС > единица

• 51 единица

  БНРС > единица

• 52 единица

  БФРС > единица

• 53 единица

  ж.

  единица товарной / печатной продукции — unità merceologica / di stampa

  5) мн. pochi m pl, singoli m pl

  Большой итальяно-русский словарь > единица

• 54 единица

  1) в смысле единицы значения — нэгэн, 2) в смысле единица измерения — единицэ

  Краткий бурятско-русский словарь математических терминов > единица

• 55 Voltampere

  БНРС > Voltampere

• 56 var

  Французско-русский универсальный словарь > var

• 57 MVAR

  Англо-русский толковый словарь терминов и сокращений по ВТ, Интернету и программированию. > MVAR

• 58 watt

  Англо-русский толковый словарь терминов и сокращений по ВТ, Интернету и программированию. > watt

• 59 kilovat-saat

  сущ. киловатт-час (единица измерения энергии электрического тока, равная работе, совершаемой в течение 1 часа при мощности тока в 1 киловатт). Beş milyon kilovat-saatdan çox elektrik enerjisinə qənaət edilmişdir сэкономлено более пяти миллионов киловаттчасов электрической энергии

  Azərbaycanca-rusca lüğət > kilovat-saat

• 60 active resistance

  1. активное сопротивление (в неразрушающем контроле)
  2. активное сопротивление

   

  активное сопротивление
  Параметр пассивного двухполюсника, равный отношению активной мощности, поглощаемой в этом двухполюснике, к квадрату действующего значения электрического тока через этот двухполюсник.
  [ ГОСТ Р 52002-2003]
  
  (активное) сопротивление
  Величина, характеризующая степень противодействия участка электрической цепи протекающему по нему току.
  В кабельной линии принято оценивать погонное сопротивление, пересчитанное на единицу длины (resistance per unit). См. radiation resistance, tropical resistance.
  [Л.М. Невдяев. Телекоммуникационные технологии. Англо-русский толковый словарь-справочник. Под редакцией Ю.М. Горностаева. Москва, 2002]

  Тематики

  • электротехника, основные понятия

  Синонимы

  EN

   

  активное сопротивление
  Действительная составляющая комплексного механического импеданса системы, характеризующая потери в ней.
  Единица измерения
  1 Н∙с/м=1 кг/с
  [Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология неразрушающего контроля. Термины и определения (справочное пособие). Москва 2003 г.]

  Тематики

  • виды (методы) и технология неразр. контроля

  EN

  Англо-русский словарь нормативно-технической терминологии > active resistance

Что такое aктивная мощность (Вт, кВт)

Активная мощность P (Вт, кВт).

Active Power (W, KW) – англ.
Real Power (W, KW) – англ.

 

Активная мощность (Вт, кВт) – это полезная мощность, отбираемая нагрузкой, в том числе и ИБП, стабилизатором или любым другим устройстом из электросети и преобразуемая в энергию любого иного вида (механическую, тепловую, электрическую, электромагнитную и др.).

Активная мощность вычисляется как усредненный по периоду сигнала определенный интеграл произведения мгновенных значений входного тока и напряжения. Единица измерения: Вт (ватт).

 

 

Активная мощность применительно к первичным и вторичным источникам питания (трансформаторам, стабилизаторам, ИБП, ДГУ), а также применительно к нагрузке (освещению, нагревательным устройствам и др.) является полезной мощностью, которую отбирает нагрузка и преобразует в энергию любого иного вида (механическую, тепловую, световую, звуковую, химическую, электрическую, электромагнитную и др.). Таким образом, активная мощность безвозвратно потребляется нагрузкой. Она необратимо уходит в нагрузку и не возвращается обратно в сеть.

Примеры: в паспорте ИБП обязательно указана его выходная нагрузочная способность в кВт, то есть максимальная мощность активной нагрузки, которую он способен запитать. На лампе накаливания, на бытовом обогревателе указана их активная мощность в Ваттах.

Само собой разумеется, системы типа «ИБП + нагрузка» или «стабилизатор + нагрузка» так же могут рассматриваться относительно сети (источника питания), как единая нагрузка, имеющая активную мощность. При таком подходе надо иметь ввиду особенность описанную ниже:

Для устройств преобразующих электроэнергию (например ИБП, стабилизаторы) параметр «входная активная мощность» включает 2 составляющие:

1. Основной поток мощности, проходящий транзитом на выход, то есть в активную нагрузку на выходе ИБП или стабилизатора.
2. Дополнительный поток мощности, идущий на потери в самом устройстве (ИБП, стабилизатор). Это тепловая мощность (потери на КПД), то есть идущая на нагрев радиаторов и трансформаторов, механическая мощность вентиляторов охлаждения и др., а также мощность преобразуемая в химическую энергию при заряде аккумуляторов (ИБП).

Активная мощность применительно к области устройств передачи, распределения, хранения энергии (например, линии электропередач, конденсаторы) является паразитной мощностью, которая теряется при передаче её от источника к нагрузке (или при хранении энергии). Например, для ЛЭП – это потери энергии (мощности) на коронный разряд (включает потери на тепло, свет, звук), нагрев проводов (тепло Джоуля-Ленца), токи Фуко в окружающих проводящих средах и др. Для фазных конденсаторов – это потери на электрическое сопротивление изоляции диэлектрика, поверхностные утечки Rd.

 

См. также дополнительную статью, написанную специально по просьбе наших клиентов:
«Еще раз про мощность: активную, реактивную, полную (P, Q, S), а также коэффициент мощности (PF)»

 

Многочастотные системы

Для вычисления активной мощности, казалось бы, мы должны вычислить произведение тока и напряжения (причем и ток и напряжение есть сумма нескольких синусоид с разными частотами) и усреднить его. Тем не менее, если внимательно посмотреть на одно из слагаемых, полученных в результате перемножения тока на напряжение, мы придём к интересному результату.

 

Конечно усреднение по времени функции вида cos(ωt + k) есть ноль при условии, что ω не равно нулю. Поэтому единственные слагаемые, которые не будут равны нулю после усреднения – это те, для которых частота напряжения равна частоте тока (в примере выше это второе слагаемое, которое при ω1 = ω2 не зависит от времени и поэтому при усреднении не равно нулю). Другими словами, активную (усреднённую) мощность можно вычислить просто вычислив активные мощности для каждой частоты(гармоники) по отдельности, а затем все полученные мощности сложить:

Активная мощность:

P = P₁ + P₂ + P₃ + … P_n

где: n – номер гармоники, — усреднение за период

 

Ссылки:
http://electron287.narod.ru/pages/rus_ac_power1.htm
http://en.wikipedia.org/AC power