Современный человек постоянно сталкивается с электричеством в быту и на работе, он использует устройства, потребляющие электрический ток, и устройства, его генерирующие. При работе с ними всегда необходимо учитывать их возможности, которые заложены в технических характеристиках.
Одним из основных показателей любого электрического устройства является такая физическая величина, как электрическая энергия. Ее принято называть интенсивностью или скоростью выработки, передачи или преобразования электроэнергии в другие виды энергии, например, тепловую, световую, механическую.
Транспортировка или передача большой электроэнергии для промышленных целей осуществляется по высоковольтным линиям электропередач.
Электрическая мощность генераторов, линий электропередач и потребителей в цепях постоянного и переменного тока имеет один и тот же физический смысл, который в свою очередь выражается разными соотношениями в зависимости от формы составных сигналов. Для определения общих закономерностей вводятся понятия мгновенных значений. Еще раз подчеркивают зависимость скорости преобразования электроэнергии от времени.
Определение электрической мощности постоянного тока
В цепях постоянного тока величина падения напряжения на участке цепи и протекающего по нему тока не изменяется и остается стабильной, равной мгновенным значениям. Поэтому можно определить мощность в этой схеме, перемножив эти значения или разделив совершенную работу А на период времени ее выполнения, как показано на пояснительном изображении.
Определение электрической мощности переменного тока
Законы синусоидального изменения токов и напряжений, передаваемых по электрическим сетям, накладывают свое влияние на выражение мощности в таких цепях. Здесь действует вся мощность, которая описывается треугольником мощности и состоит из активной и реактивной составляющих.
Синусоидальный электрический ток, проходя по линиям электропередач со смешанной нагрузкой на всех его участках, не меняет форму своей гармоники. А падение напряжения на реактивных нагрузках меняет фазу в определенном направлении. Выражения мгновенных значений помогают понять влияние приложенных нагрузок на изменение мощности в цепи и его направление.
При этом сразу же обратите внимание на то, что направление протекания тока от генератора к потребителю и мощность, передаваемая по созданной цепи, это совершенно разные вещи, которые в ряде случаев могут не только не совпадать, но и быть направлены в противоположные стороны.
Рассмотрим эти соотношения в их чистом и идеальном проявлении для разных видов нагрузок:
- активный;
- емкостный;
- индуктивный.
Основное отличие реактивной составляющей мощности в том, что она не совершает никакой полезной работы, а вызывает потери электрической энергии и чрезмерные нагрузки на оборудование, особенно опасные в критических ситуациях.
По этим причинам для его компенсации применяют специальные технические системы, исключающие влияние реактивной мощности.
Распределение мощности на смешанную нагрузку
В качестве примера используем нагрузку на генератор с активно-емкостной характеристикой.
На графике выше для упрощения картины не показаны синусоиды токов и напряжений, но следует отметить, что при нагрузке активно-емкостного характера вектор тока опережает напряжение.
p=u∙i=Um∙sinωt∙ωC ∙Im∙sin(ωt+φ).
После преобразований получаем: p=P∙(1- cos 2ωt)+Q ∙sin2ωt.
Эти два члена в последнем выражении представляют собой активную и реактивную составляющие мгновенной полной мощности. Только первый из них выполняет полезную работу.
Приборы измерения мощности
Для анализа потребления электроэнергии и ее оплаты используются приборы учета, которые долгое время назывались «счетчиками». Его работа основана на измерении действующих значений тока и напряжения и их автоматическом умножении на выдаваемую информацию.
Счетчики отображают энергопотребление с учетом времени работы электроприборов пошагово с момента включения счетчика под нагрузку.
Ваттметры используются для измерения активной составляющей мощности в цепях переменного тока, а вариметры — для измерения реактивной составляющей. У них разные названия юнитов:
- ватт (Вт, W);
- вар (Вар, вар, var).
Для определения общей потребляемой мощности необходимо вычислить ее значение по формуле треугольника мощностей на основе показаний ваттметра и вариметра. Выражается в своих единицах: вольт-амперах.
Принятые обозначения единиц каждой помогают электрикам судить не только о ее величине, но и о характере силовой составляющей.
Источник: еlectriсalsсhооl.infо