0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как рассчитать мощность, силу тока и напряжение — разбираемся во взаимосвязях этих величин

Как рассчитать мощность, силу тока и напряжение — разбираемся во взаимосвязях этих величин

При проектировании любых электрических цепей выполняется расчет мощности. На его основе производится выбор основных элементов и вычисляется допустимая нагрузка. Если расчет для цепи постоянного тока не представляет сложности (в соответствии с законом Ома, необходимо умножить силу тока на напряжение – Р=U*I), то с вычислением мощности переменного тока – не все так просто. Для объяснения потребуется обратиться к основам электротехники, не вдаваясь в подробности, приведем краткое изложение основных тезисов.

Соединение фаз звездой

Рассмотрим схему соединения звездой

— фазные напряжения (напряжения между началом и концом соответствующей фазы);

— фазные токи — токи в фазах приемника;

— линейные напряжения (напряжения между началами двух соседних фаз);

— линейные токи — токи в линиях.

Для схемы соединения звездой очевидно равенство фазных и линейных токов. Независимо от характера нагрузки:

Из векторной диаграммы при равномерной (симметричной) нагрузке следует:

При неравномерной (несимметричной) нагрузке

Между точками 0 и 01 возникает напряжение несимметрии.

При симметричной нагрузке

При несимметричной нагрузке напряжения фаз приемника неодинаковы по величине и по фазе.

Для обеспечения симметричной системы напряжений во всех фазах и независимой работы отдельных приемников используется схема звезда с нулевым проводом или четырехпроводная система.

Поскольку узлы соединены нулевым проводом, напряжение между ними равно нулю. При несимметричной нагрузке фазные и линейные напряжения остаются постоянными.

Четырехпроводная система позволяет получать одновременно два напряжения — фазное и линейное, например, 220 и 380 В.

Для определения начала и конца обмотки поступают следующим образом. Начало одной из обмоток совершенно произвольно обозначают А, конец — X. Затем к ней присоединяют вторую обмотку, и если при этом напряжение увеличилось, значит, обмотки соединены концами, а начала свободны. Начало второй обмотки обозначают В, конец — Y. Таким же образом находят начало С и конец Z третьей обмотки.

Читайте так же:
Что будет если установить аккумулятор большей емкости?

Одним из существенных преимуществ четырехпроводной линии электропередачи и соединения обмоток генератора звездой является возможность получения в линии двух разных напряжений одновременно: фазных и линейных.

При строго симметричной нагрузке суммарный ток в общем проводе четырехпроводной линии равен нулю.

Таким образом, при симметричной нагрузке можно было бы обойтись без нулевого провода в линии, так как ток по нему не течет. Однако создать абсолютно симметричную нагрузку практически невозможно и ток обычно в нулевом проводе всегда есть, но он значительно меньше тока в фазах.

Преимущества использования четырехпроводной линии и роль при этом нулевого провода выясняются из следующего простого эксперимента. Соединим звездой три лампы накаливания Л1, Л2, Л3, а в нулевой и один из фазных проводов включим амперметры. Если все лампы совершенно одинаковы (симметричная нагрузка), то амперметр покажет отсутствие тока в нулевом проводе, а все лампы при его включении и отключении не изменят своего накала.

Теперь заменим лампу Л1 другой, например лампой меньшей мощности, т. е. создадим в цепи несимметричную нагрузку. Окажется, что без нулевого провода лампа Л1 горит с перекалом, а две другие — с недокалом. Если же нулевой провод включить, то все три лампы будут потреблять номинальный для них ток и светиться нормальным для каждой из них накалом, но зато в нулевом проводе потечет электрический ток. Однако, как показывает опыт, сила тока в нулевом проводе всегда меньше, чем в фазных проводах. Это позволяет уменьшить сечение нулевого провода по сравнению с фазными.

Таким образом, в четырехпроводной линии трехфазного тока силы токов через нагрузки, включенные звездой, при постоянных напряжениях регулируются автоматически, что создает благоприятные условия для работы электрических цепей при неизбежных на практике несимметричных нагрузках.

Читайте так же:
Что будет если вовремя не поменять сцепление?

Компенсация

Учитывая, что при резонансе токов реактивная мощность равняется 0:

Q = QL — QC = ULI – UCI

Для того чтобы улучшить качество работы определенного устройства применяются специальные приборы, минимизирующие воздействие потерь на сеть. В частности, это ИБП. В данном приборе не нуждаются электрические потребители со встроенным аккумулятором (к примеру, ноутбуки или портативные устройства), но для большинства остальных источник бесперебойного питания является необходимым.

При установке такого источника можно не только установить негативные последствия потерь, но и уменьшить траты на оплату электричества. Специалисты доказали, что в среднем, ИБП поможет экономить от 20 % до 50 %. Почему это происходит:

  1. Значительно уменьшается нагрузка силовых трансформаторов;
  2. Провода меньше нагреваются, это не только положительно влияет на их работу, но и повышает безопасность;
  3. У сигнальных и радиоустройств уменьшаются помехи;
  4. На порядок уменьшаются гармоники в электрической сети.

В некоторых случаях специалисты используют не полноценные ИБП, а специальные компенсирующие конденсаторы. Они подходят для бытового использования, доступны и продаются в каждом электротехническом магазине. Для расчета планируемой и полученной экономии можно использовать все вышеперечисленные формулы.

Что еще влияет на нагрев проводов

Из формулы (2) видно, что сопротивление проводника зависит не только от площади поперечного сечения. В связи с этим на его нагрев будут влиять:

  • Материал. Пример – у алюминия удельное сопротивление больше, чем у меди, поэтому при одинаковом сечении проводов медь будет нагреваться меньше.
  • Длина. Слишком длинный проводник приводит к большим потерям напряжения, что вызывает дополнительный нагрев. При превышении потерь уровня 5% приходится увеличивать сечение.

Вывод

Если вернуться к однофазной сети на 220В, то существует правило, что 1 кВт равен 4,54А, то есть 1А = 0,22кВт или 220В.

Как видно из приведенных формул и вычислений, везде при расчетах используется закон Ома, где сила электротока является обратной сопротивлению. Зная теперь все необходимые для расчетов формулы, вы самостоятельно можете произвести необходимые действия, чтобы выбрать нужное для подключения автоматическое реле, которое можно включить в электрическую сеть с гарантией того, что все приборы, подключенные к ней, будут в безопасности.

Читайте так же:
Как подключить Аирподс к Самсунг ТВ?

Расчет силы тока по мощности и напряжению онлайн

Онлайн калькулятор производит расчёт по нормируемому напряжению, если напряжение в Вашей местности отличается от нормальных значений, т.е. имеются значительные просадки напряжения, советуем Вам воспользоваться формулами приведёнными ниже.

Расчёт силы тока по мощности и напряжению

Просадка напряжения. Кликабельно.

Данные формулы помогут Вам произвести более точный расчёт для Вашей сети. Обращаем Ваше внимание, что формулы для расчёта тока в сети 230 В и в сети 400 В имеют различия. Для получения более точных значений советуем использовать значения напряжения полученные путём измерения действующей величины мультиметром.

Расчёт силы тока по мощности и напряжению для однофазной сети:

I— cила тока, А;

P— мощность потребителя, Вт;

U— напряжение в сети, В;

cosφ — коэффициент мощности (от 0 до 1);

Расчёт силы тока по мощности и напряжению для трёхфазной сети:

I = P / ( U ×1,732 × cosφ ) ,

I— cила тока, А;

P— мощность потребителя, Вт;

U— напряжение в сети, В;

cosφ — коэффициент мощности (от 0 до 1);

Коэффициент мощности cosφ определение, теория.

Коэффициент мощности cosφ — безмерная физическая величина, которая характеризует потребителя переменного электрического тока с точки зрения наличия в нагрузке реактивной составляющей . Коэффициент мощности показывает, насколько сдвигается по фазе переменный ток, протекающий через нагрузку, относительно приложенного к ней напряжения.

Полная мощность прибора состоит из активной и реактивной составляющей (активной и реактивной мощности). Активная составляющая совершает полезную работу, то есть использует электрическую энергию и полностью преобразует в другой необходимый вид энергии. Существуют отдельные приборы, которые в основном работают на данной составляющей, это к примеру обогреватели, электропечи, электроплиты, утюги, лампочки накаливания и т.п. У данных приборов cosφ будет максимально близок к максимальному значению от 0,95 до 1.

Читайте так же:
Как подключить AV ресивер к ПК?

Реактивная составляющая возникает в цепях в которых содержаться реактивные элементы, например конденсаторы, катушки индуктивности, электродвигатели различных видов. Т.е. к этой группе относятся практически все приборы в основе которых есть платы и микросхемы, а также электродвигатели. Например, электродрели, отрезные, шлифовальные машинки, штроборезы, бытовая электронная техника. У данных типов приборов cosφ будет находится в диапазоне от 0,5 до 1. Реактивная составляющая обычно считается вредной характеристикой цепи.

Активная и реактивная мощность

Активная и реактивная мощность. Кликабельно.

Анализируя вышеизложенное можно прийти к выводу, что чем меньше реактивная составляющая в нагрузке тем ближе к единице значение cosφ. Чем выше значение cosφ, тем более эффективно работает потребитель электроэнергии.

Примерные значения cosφ для некоторых типов оборудования:

  • лампы накаливания — 1;
  • обогреватели, электропечи, электроплиты и т.п. — 0,95;
  • электродвигатели — 0,85 ..0,87;
  • дрели, отрезные машинки и т.п. — 0,85 ..0,9;
  • электродвигатели компрессоров, холодильников, стиральных машин и т.п. — 0,7…0,85
  • компьютеры, телевизоры, СВЧ печи, кондиционеры, вентиляторы, энергосберегающие лампы — 0,5 ..0,8

Более точные значения cosφ зачастую можно найти в паспорте прибора или на бирке.

Трехфазный и однофазный ток

Схемная конфигурация «Y» дает возможность использовать два разных напряжения при питании потребителей бытовой и промышленной сети: 220 В и 380 В. 220 В получается с использованием двух проводников. Один из них –фазный, другой – N-проводник. Напряжение между ними соответствует фазному. Если взять 2 проводника, оба представляющие собой фазы, то напряжение между фазами носит название линейного и равно 380 В. Для подключения используются все 3 фазы.

Распределение напряжений в однофазной и трехфазной системах

Распределение напряжений в однофазной и трехфазной системах

Основные различия однофазной и трехфазной систем:

  1. Однофазный ток предполагает питание через один проводник, трехфазный – через три;
  2. Для завершения цепи однофазного питания требуется 2 проводника: еще один нейтральный, для трехфазного – 4 (плюс нейтральный);
  3. Наибольшая мощность передается по трем фазам, в отличие от однофазной системы;
  4. Однофазная сеть более простая;
  5. При неисправности фазного провода в однофазной сети питание полностью пропадает, в трехфазной – подается по двум оставшимся фазам.
Читайте так же:
Как подключить Аирподс к Леново?

Интересно. Никола Тесла, первооткрыватель многофазных токов и изобретатель асинхронного двигателя, использовал двухфазный ток с разностью фаз 90°.Такая система пригодна для создания вращающегося магнитного поля больше, чем однофазная, но меньше, чем трехфазная. Двухфазная система поначалу получила распространение в США, но затем полностью исчезла из употребления.

Сегодня почти все электроснабжение основано на низкочастотном трехфазном токе при параллельном использовании индивидуальных фаз. Практически все электростанции имеют генераторы, производящие трехфазный ток. Трансформаторы могут работать с трехфазным или однофазным током. Наличие реактивной мощности в подобных сетях требует установки компенсирующего оборудования.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector