Переменный ток – расчетные функции и формула

Мощность в цепи переменного тока

В цепи переменного тока различают три вида тока: активный тип или Р, реактивный тип или Q и полный тип или S. В первом случае стандартной единицей измерения является Ватт (Вт или Вт), а формула для расчет параметров активной мощности составляет:

P = U × I × cos φ.

Расчеты положительной или отрицательной активной мощности напрямую зависят от характеристики фазового коэффициента угла сдвига или последнего показателя.

Для измерения мощности реактивного типа используется специальный вольт-ампер с обозначением «Вар» или Var.

Эта величина характеризует нагрузки, образующиеся внутри электротехнических сооружений под действием колебаний электромагнитного поля в синусоидальных цепях переменного тока.

Расчет выполняется на основе среднеквадратичных параметров напряжения и тока, умноженных на угловую синусоиду сдвига фаз, согласно значениям:

Q = U × I × sin φ.

В условиях со значениями на уровне 0/+90° значение синуса будет положительным, а для показателей в пределах 0/-90° — только отрицательным. Полная электрическая мощность измеряется исключительно в вольт-амперах (ВА или ВА).

Ток в зависимости от времени для переменного и постоянного тока

Величину, соответствующую произведению нормативного напряжения в области зажима на показатели электрического тока периодического типа внутри цепи, целесообразно рассчитывать в соответствии с формулами:

S = U × I или S = ​​√Р2 + Q2, где

• значение P представлено активной мощностью;
• значение Q2 является показателем реактивной мощности.

Не так важна комплексная мощность, соответствующая полному сопротивлению. В любом случае необходимо учитывать, что положительный эффект соответствует P > 0, а отрицательный эффект соответствует P < 0.

Крупные отечественные производители электрической энергии вырабатывают переменный ток с так называемой промышленной частотой 50 Гц и показателями напряжения в диапазоне 10-20 кВ, а электрическое напряжение повышают на специальных трансформаторных станциях.

Виды мощностей

Мощность – измеримая физическая величина, равная скорости изменения преобразования, передачи или потребления энергии системой. В более узком смысле это показатель, равный отношению времени, затраченного на работу, к фактическому времени, затраченному на работу. Обозначается в механике символом N. В электротехнике используется буква P. Часто можно встретить и символ W, от слова ватт.

Переменный ток – это произведение тока и напряжения на косинус фазового сдвига. В этом случае можно легко подсчитать только активный и реактивный варианты. Узнать общее значение мощности можно через векторную зависимость этих показателей и диапазона.

Варианты основной мощности

Активная мощность

Активная мощность – это полезная мощность, определяющая процесс прямого преобразования электроэнергии в требуемый вид мощности. В каждом электроприборе он преобразуется по-своему. Например, лампочка производит свет с помощью тепла, утюг производит тепло, а электродвигатель производит механическую энергию. Следовательно, это показывает эффективность устройства.

Реактивная мощность

Реактивным является то, что определяется электромагнитным полем. Образуются при работе электроприборов. Примечание!

Это вредная и паразитная характеристика мощности, которая определяется характером нагрузки. Для лампочки он равен нулю, а для электродвигателя может быть большим значением.

Отличие значений в том, что характеристика активной мощности показывает КПД устройств, а реактивная — передачу этого КПД. Различие также наблюдается в определении, символе, формуле и значении.

Примечание! Что касается значения, то второе нужно только для управления генерируемым напряжением от первого значения и преодоления колебаний тока. Оба измеряются в ваттах и ​​имеют большое значение в электромагнитном излучении, механической форме генератора или акустической волне. Активно используется в промышленности.

Реактивный сорт

Полная мощность

Сумма – это сумма активной и реактивной мощности. Нравится индикатор питания сети. Это произведение напряжения и тока в данный момент без учета фазы угла между ними. Все, что исчезает с поглощенной и возвращенной энергией, является полной энергией.

Это произведение напряжения и тока, единицей измерения которого является ватт, умноженный на ампер. Когда схема активна, активен полный эквивалент. Если речь идет об индуктивной или емкостной цепи, то полная больше, чем активная.

Вам будет интересно Что такое 1 ампер в киловаттах

Полное разнообразие

Комплексная мощность

Это сумма всех токовых показателей по фазам источника питания. Это комплексный индикатор, модуль которого равен индикатору полной мощности электрической цепи. Аргументом является фазовый сдвиг между электрическим током и сетевым напряжением. Его можно выразить уравнением, где показатель полной мощности, вырабатываемой источниками электроэнергии, равен показателю полной мощности, которая потребляется в электрической цепи.

Примечание! Рассчитывается по правильной формуле. Таким образом, необходимо умножить комплексное напряжение на комплексный ток или умножить удвоенное значение комплексного тока на импеданс. Вы также можете разделить удвоенное значение комплексного напряжения на удвоенное значение импеданса.

Формула мощности переменного тока

Показатели тока электрического тока переменного типа являются произведением данных тока и напряжения, при этом уровень будет нулевым в условиях перехода через ноль, но обязательно максимальным при пиковой амплитуде.

Несмотря на сложность измерения мощности, важно помнить, что такие данные не являются ориентировочными, поэтому активная средняя мощность в определенный период представляет интерес с практической точки зрения.

Мощность цепи переменного тока

Понятие потенциала или разности потенциалов u позволяет определить работу, совершаемую электрическим полем при перемещении элементарного электрического заряда dq, как dA = udq. При этом электрический ток равен i = dq/dt. Отсюда dA = ui dt , отсюда скорость работы, т.е сила в данный момент времени или мгновенная сила равна

где u и i — мгновенные значения напряжения и тока.

Значения тока и напряжения, входящие в выражение (1), являются синусоидальными функциями времени, поэтому мгновенная мощность является переменной величиной и для ее оценки используется понятие средней мощности за период. Этого можно достичь, интегрируя работу, совершаемую электрическим полем за период Т, а затем соотнося ее со значением периода, т.е.

Пусть u = Um sin wt и I m sin(wt -φ), тогда средняя сила будет равна, так как интеграл от второго члена равен нулю. Значение cosφ называется коэффициентом мощности .

Коэффициент мощности, проблема cosφ

Из этого выражения следует, что средняя мощность в цепи переменного тока зависит не только от текущих значений тока I и напряжения U, но и от разности фаз φ между ними. Максимальная мощность соответствует нулевому фазовому сдвигу и аналогична пользовательскому интерфейсу продукта. При фазовом сдвиге между током и напряжением ±90° средняя мощность равна нулю.

Максимальные значения напряжения и тока любой электрической машины определяются ее конструкцией, а максимальная мощность, которую она может развить, есть произведение этих величин. Если электрическая цепь построена нерационально, т е сдвиг фаз φ значителен, то источник электрической энергии и нагрузка не могут работать на полную мощность. Поэтому в любой системе загрузки источника существует так называемый

Выражение (3) также можно представить, используя слагаемые активных составляющих тока I a и напряжения U ai в виде

P = UI cosφ = U (I cosφ) = UI a = I (U cosφ) = IU a .

Учитывая, что активные составляющие тока и напряжения можно выразить через резистивную составляющую комплексного сопротивления цепи как I эн = U / R или U эн = IR, выражение (4) также можно записать в виде форма

Р = I 2 R = U 2 /R .

Средняя мощность P также называется активной мощностью и измеряется в ваттах Вт.

Продифференцируем подынтегральную функцию выражения (3)

Отсюда следует, что мгновенная мощность изменяется с удвоенной частотой сети по отношению к постоянной составляющей UI cosφ, равной средней или активной мощности.

При cosφ = 1 (φ = 0), т.е для чисто резистивной цепи

Временные диаграммы, соответствующие этому случаю, показаны на рис. 1а).

Положительные значения мгновенной мощности соответствуют поступлению энергии от источника в электрическую цепь. Поэтому при резистивной нагрузке вся энергия, поступающая от источника, преобразуется в нем в тепло .

При cosφ = 0 (φ = ± p /2), т.е для чисто реактивной цепи

Временные диаграммы, соответствующие чисто индуктивной и чисто емкостной нагрузкам, показаны на рис. 1 б) и г). Из выражения (8) и временных диаграмм следует, что сила совершает колебания вокруг оси x с удвоенной частотой и меняет знак каждую четверть периода. Это означает, что в течение четверти периода (p > 0) энергия поступает в электрическую цепь от источника и запасается в магнитном или электрическом поле, а в течение следующей четверти (pi в цепи преобразования энергии не происходит.

В общем случае произвольной нагрузки 1 > cosφ > 0 (1 p /2) и

Как следует из временных диаграмм на рис. 1 в), большую часть периода ток потребляется нагрузкой (p > 0), но есть и промежутки времени, когда энергия, запасенная в магнитном и электрическом полях нагрузки, возвращается к источнику. Участки с положительным значением p, независимо от характера реактивной составляющей нагрузки, всегда больше участков с отрицательным значением, поэтому средняя мощность P положительна. Это означает, что в электрической цепи преобладает процесс преобразования электрической энергии в тепловую или механическую работу .

Энергия в последовательном соединении

Рассмотрим энергетические процессы в последовательном соединении rLC (рис. 2). Падение напряжения на входе в цепь уравновешивается суммой падений напряжения на элементах u = ur + u L + u C . Мгновенная мощность в цепи равна

ui = uri + u L i + u C i

Пусть входное напряжение и ток равны u = Um sin wt и I m sin(wt -φ). Тогда падение напряжения на элементах будет ur = rI m sin(wt -φ), u L = w LI m sin(wt -φ + p/2) = x LI m sin(wt -φ + p/2) , u C = I m sin (wt — φ — p/2) / (w C) = x CI m sin (wt — φ — p/2). Подставляя эти выражения в (9), получаем

Уравнение (10) имеет постоянную и переменную составляющие в левой и правой частях. Постоянная составляющая – это активная или средняя мощность. Второй член в правой части представляет собой переменную составляющую активной мощности с амплитудой, равной P = UI cosφ.

Третий член в правой части также представляет собой переменную составляющую мгновенной мощности, но эта составляющая находится в квадратуре с переменной составляющей активной мощности и имеет амплитуду Q = UI sinφ . Эта величина называется реактивной мощностью. Он равен среднему значению энергии за четверть периода, которой источник обменивается с магнитным и электрическим полями нагрузки. Реактивная мощность не преобразуется в тепловую или другие виды энергии, так как ее среднее значение за период равно нулю.

В однофазной цепи

Для однофазной цепи используется формула полной мощности: S = U × I, где

• S — показатели полной мощностной характеристики (ВА);
• I — уровень силы электрического тока с учетом обмотки генератора (А);
• U — параметры расчетного действующего значения напряжения в генераторе (В).

Полные мощностные характеристики, учитываемые в стандартных самостоятельных расчетах, влияют на габариты генератора с переменными показателями электрического тока, которые обусловлены сечением и числом витков обмоточных проводов, а также толщиной изоляционный материал. Для активного и реактивного сопротивления важен ток, потребляемый с активным сопротивлением и в реактивной части.

Однофазные цепи переменного тока

Показатели реактивной мощности определяются колебаниями энергии в условиях образования и потери электрического или магнитного полей. Электричество, хранящееся внутри поля такого сопротивления, постепенно возвращается к генератору, который подключается к стандартной электрической цепи.

Наличие реактивных токов между реактивным приемником и генератором, имеющих индуктивное и емкостное сопротивление, способствует бесполезной загрузке линии и генератора, что сопровождается дополнительными потерями энергии.

Как узнать какая мощность в цепи переменного тока

Стоит отметить, что это значение напрямую связано с другими показателями. Например, она находится в прямой зависимости от времени, силы, скорости, вектора силы и скорости, модуля силы и скорости, крутящего момента и скорости вращения. Часто в формулах при расчете электрической мощности число Пи используют также с показателем сопротивления, мгновенного тока, напряжения на определенном участке электрической сети, активной, полной и реактивной мощности. Непосредственным участником расчета являются амплитуда, угловая скорость и пусковая сила тока с напряжением.

Формула переменного тока

В однофазной цепи

Понять, какой показатель тока в однофазной цепи переменного тока, можно с помощью трансформатора тока. Для этого нужно использовать ваттметр, который подключается через трансформатор тока. Показания необходимо умножить на коэффициент трансформации трансформатора тока. В момент измерения мощности при высоком напряжении требуется трансформатор тока для изоляции ваттметра и обеспечения безопасности пользователя.

Параллельная схема включается не напрямую, а благодаря трансформатору напряжения. Вторичные обмотки с корпусами измерительных трансформаторных установок должны быть заземлены во избежание случайного повреждения изоляции и высокого напряжения на приборах.

Примечание! Для определения параметров сети необходимо показания амперметра умножить на коэффициент трансформации тока, а полученные по вольтметру цифры умножить на коэффициент трансформации напряжения.

В однофазной цепи

В трехфазной цепи

Показатели работы переменного тока при установившейся трехфазной нагрузке определяются наличием эквивалентного тока, протекающего по фазным проводникам. При этом показатели силы тока соответствуют условиям использования нулевого проводника «О». Формула расчета переменного тока в трехфазной сети: P = 3×U φ×I×cos(φ).

Симметричная (равномерная) нагрузка фаз в трехпроводной цепи трехфазного тока

Ток разной величины внутри фазных проводников представляет собой несимметричную или неравномерную нагрузку. В данном случае именно несимметричная нагрузка сопровождается протеканием тока по нулевым или нулевым проводам, поэтому уровень токовых показателей определяют в соответствии со стандартом и известной формулой:

Робшая = Ua × Ia × cos(φ1) + Ub × Ib × cos(φ2) + Uc × Ic × cos(φ3).

Нормы мощности в сети переменного тока

Напряжение и мощность – это то, что необходимо знать каждому человеку, проживающему в квартире или частном доме.

Стандартное напряжение переменного тока в квартире и частном доме выражается величиной 220 и 380 Вт. Когда дело доходит до определения количественной меры силы электрической энергии, то к напряжению необходимо прибавить электрический ток или измерить требуемый показатель ваттметром. При этом для проведения замеров последним прибором нужно пользоваться щупами и специальными программами.

Что такое мощность переменного тока

Переменный ток определяется соотношением между величиной тока и временем, которое производит работу за определенное время. Обычный пользователь использует показатель тока, присланный ему поставщиком электрической энергии. Как правило, она равна 5-12 киловаттам. Этих цифр достаточно для обеспечения работы необходимого электробытового оборудования.

Этот показатель зависит от того, какие внешние условия подачи энергии в дом, какие установлены токоограничивающие устройства (автоматы или полуавтоматы), регулирующие момент поступления мощности мощности к источнику-потребителю.

Это делается на различных уровнях, от бытового электрощита до центрального электрораспределительного узла.

Нормы мощности в сети переменного тока

Средняя мощность в активной нагрузке

Текущие параметры электрической сети или любой установки являются наиболее важными данными практически любого электрического устройства. Передача проходящих или потребляемых мощностных характеристик активного типа осуществляется в течение определенного промежутка времени.

Читайте также: Механические характеристики асинхронного двигателя 

Табличные значения средних мощностных характеристик важнейших бытовых приборов

Ед изм	Индикаторы
Зарядное устройство	2,0 Втч
Люминесцентные лампы «ДРЛ»	50 Втч или больше
Чайник	1,5 кВтч
Акустические системы	30 Вт/ч
Стиральная машина	2,5 кВтч
Мойка под высоким давлением	3,5 кВтч
Полуавтоматические инверторы	3,5 кВтч
Кухонный блендер	1,0-1,2 кВтч
Микроволновая печь	1,8 кВтч
Кухонные тостеры	1,2 кВтч
Телевидение	0,2 кВт
Холодильник	0,4 кВт
Пылесос	1,0 кВт
Стационарный компьютер	0,55 кВт
Электрическая плита	2,5 кВтч
Фен	1,0 кВтч
Утюг	1,0 кВтч
Электрическая духовка	1,2 кВтч
Электрический нагреватель	1,4 кВтч

Мощность, выделяемая в цепи переменного тока

Мгновенное значение переменного тока равно произведению мгновенных значений напряжения и тока:

где , (см выражения (149.1) и (149.11)). Расширяя, получаем не мгновенное значение силы, а ее среднее значение за период качания. Учитывая, что , получаем (152.1).

Из векторной диаграммы (см рис. 216) следует, что эта же сила развивает постоянный ток.

Суммы называются соответственно действительными (или же эффективный) текущие значения, а также напряжение.
Все амперметры и вольтметры калибруются по действующим значениям тока и напряжения.

С учетом действующих значений тока и напряжения выражение для средней мощности (152,1) можно записать в виде (152,2) где множитель cos называется коэффициентом мощности.

Формула (152.2) показывает, что мощность, выделяемая в цепи переменного тока, в общем случае зависит не только от силы тока и напряжения, но и от фазового сдвига между ними. Если реактивного сопротивления в цепи нет, то cos=1 и P = МЕ. Если цепь содержит только реактивное сопротивление (Р= 0), то cos = 0 и средняя мощность равна нулю, как бы ни были велики ток и напряжение.

Если cos имеет значения значительно меньше единицы, то для передачи заданной мощности при заданном напряжении генератора необходимо увеличить ток. Что либо приведет к выделению Джоулева тепла, либо потребует увеличения сечения проводов, что удорожает ЛЭП. Поэтому на практике всегда стремятся увеличить cos, где наименьшее приемлемое значение для промышленных установок составляет ок. 0,85.

Тестовые вопросы

Что такое колебания? свободные колебания? гармонические колебания? периодические процессы?

· Дайте определения амплитуде, фазе, периоду, частоте, циклической частоте колебаний.

· Какая связь между амплитудой и фазой смещения, скоростью и ускорением при прямолинейных гармонических колебаниях?

· В чем заключается идея метода вектора вращающейся амплитуды?

· Вывести формулы зависимости скорости и ускорения гармонически колеблющейся точки от времени.

· Вывести и прокомментировать формулы для кинетической, потенциальной и полной энергии при гармонических колебаниях.

Каково отношение полной энергии гармонического колебания к максимальному значению возвращающей силы, вызывающей это колебание?

Как можно сравнивать массы тел друг с другом, измеряя частоты колебаний, когда эти массы подвешены на пружине?

Что такое гармонический осциллятор? пружинный маятник? физическое? математически?

· Вывести формулы для периодов колебаний пружинного, физического и математического маятников.

Чему равна приведенная длина физического маятника?

Какие процессы происходят при свободных гармонических колебаниях в колебательном контуре? Что определяет ваш период?

· Запишите и проанализируйте дифференциальное уравнение свободных гармонических колебаний в цепи.

· Что бьется? Какова частота ударов? период?

Какова траектория точки, участвующей одновременно в двух взаимно перпендикулярных гармонических колебаниях с одинаковыми периодами? Когда образуется круг? прямой?

Как можно определить соотношение между частотами дополнительных колебаний по виду фигур Лиссажу?

· Запишите дифференциальное уравнение для затухающих колебаний и решение. Проанализируйте их на наличие механических и электромагнитных колебаний.

Как изменяется частота собственных колебаний с увеличением массы колеблющегося тела?

· По какому закону изменяется амплитуда затухающих колебаний? Периодичны ли затухающие колебания?

Почему частота затухающих колебаний должна быть меньше частоты собственных колебаний в системе?

· Что такое коэффициент демпфирования? коэффициент демпфирования? логарифмическое уменьшение демпфирования? Каков физический смысл этих величин?

При каких условиях наблюдается апериодическое движение?

Что такое автоколебания? В чем их отличие от вынужденных и свободных незатухающих колебаний? Где они используются?

Что такое вынужденные колебания? Напишите дифференциальное уравнение вынужденных колебаний и решите его. Проанализируйте их на наличие механических и электромагнитных колебаний.

От чего зависит амплитуда вынужденных колебаний? Запишите выражение для амплитуды и фазы в резонансе.

· Нарисуйте, проанализируйте резонансные кривые для амплитуды смещения (заряда) и скорости (тока). В чем их отличие?

Почему добротность является важнейшей характеристикой резонансных свойств системы?

Каков фазовый сдвиг между смещением и движущей силой при резонансе?

Что называют резонансом? Какова его роль?

От чего зависит индуктивное сопротивление? емкость? Что такое реактивное сопротивление?

Как сдвинуты по фазе колебания переменного напряжения и переменного тока, протекающие через конденсатор? индуктор? сопротивление? Обоснуйте свой ответ с помощью векторных диаграмм.

· Нарисуйте и объясните векторную диаграмму цепи переменного тока с последовательно соединенными резистором, катушкой индуктивности и конденсатором.

Назовите характерные черты резонанса напряжений; текущий резонанс. Приведите графики резонанса токов и напряжений.

Как рассчитать мощность, идущую в цепи переменного тока? Что называется коэффициентом мощности?

Задачи

18.1. Материальная точка, совершающая гармонические колебания с частотой = 2 Гц в момент времени t= 0 проходит положение, определяемое координатой xo = 6 см, со скоростью в о = 14 см/с. Определить амплитуду колебаний. 6,1 см

18.2. Суммарная энергия гармонически колеблющейся точки равна 30 мкДж, а максимальная сила, действующая на точку, равна 1,5 мН. Напишите уравнение движения для этой точки, если период колебаний равен 2 с, а начальная фаза равна /3. [x = 0,04 cos (t+ /3)]
18.3. При подвешивании грузов с массами и т д

1 = 500 г и м2 = 400 г на свободные пружины, последние удлинились на столько же (л= 15 см). Пренебрегая массой пружин, определить: 1) периоды колебаний грузов; 2) какая из нагрузок с одинаковыми амплитудами имеет большую энергию и во сколько раз. [1] 0,78 с; 2) 1,25

18.4. Физический маятник представляет собой тонкий однородный стержень длиной 25 см. Определите, на каком расстоянии от центра масс должна находиться точка подвеса, чтобы частота колебаний была максимальной. [7,2 см]

18.5. Два математических маятника, длины которых отличаются на = 16 см, совершают одновременно: a н

1 = 10 витков, другое н2 = 6 взмахов. Определить длину маятников л 1 и л 2. [л1 = 9 см, л 2 = 25 см]

18.6 Колебательный контур содержит катушку с общим числом витков, равным 50, индуктивностью 5 мкГн и конденсатор емкостью 2 нФ. Максимальное напряжение на обкладках конденсатора 150 В. Определить максимальный магнитный поток, пронизывающий катушку. [0,3 мкВб]

18.7. Разность фаз двух одинаково направленных гармонических колебаний с одинаковым периодом 8 с и одинаковой амплитудой 2 см равна /4. Напишите уравнение движения, получающееся в результате сложения этих колебаний, если начальная фаза одного из них равна нулю.

18.8. Точка одновременно участвует в двух гармонических колебаниях, происходящих во взаимно перпендикулярных направлениях и описываемых уравнениями x = cos и y = cos. Определите уравнение пути точки и начертите его в масштабе [2y2 — x = 1]

18.9. За время, когда система совершает 100 полных колебаний, амплитуда уменьшается в три раза. Определить добротность системы. [286]

18.10. Колебательный контур содержит катушку индуктивностью 25 мГн, конденсатор емкостью 10 мкФ и резистор сопротивлением 1 Ом. Конденсатор заряжен количеством электричества Q

m = 1 мКл. Определить: 1) период колебаний цепи; 2) логарифмическое затухание колебаний; 3) уравнение зависимости изменения напряжения на обкладках конденсатора во времени.

18.11. Резистор сопротивлением 110 Ом и последовательно соединенные конденсатор подключены к внешнему переменному напряжению с амплитудным значением 110 В. Оказалось, что амплитудное значение установившегося тока в цепи равно 0,5 А. Определить фазу разница между током и внешним напряжением. [60°]

18.12. Цепь переменного тока частотой 50 Гц включает катушку длиной 50 см и площадью поперечного сечения 10 см2, содержащую 3000 витков. Определить активное сопротивление катушки, если сдвиг фаз между напряжением и током равен 60°. [4,1 Ом]

18.13. Генератор, частота которого 32 кГц и амплитудное значение напряжения 120 В, включен в резонансный контур, емкость которого 1 нФ. Определить амплитудное значение напряжения на конденсаторе, если активное сопротивление цепи равно 5 Ом. [119 кВ]

18.14. Колебательный контур содержит катушку индуктивностью 5 мГн и конденсатор емкостью 2 мкФ. Для поддержания незатухающих гармонических колебаний в колебательном контуре при амплитудном значении напряжения на конденсаторе 1 В необходимо подать среднюю мощность 0,1 мВт. Учитывая, что затухание колебаний в контуре достаточно мало, определить добротность этого контура. [100]

Мощность при наличии сдвига фаз между током и напряжением

В условиях переменного электрического тока совпадения направления тока и напряжения отмечаются только при отсутствии индуктивности катушки и конденсаторов. В этом случае направления векторов тока и напряжения совпадают. Наличие в цепи катушек и конденсатора сопровождается совпадением фаз тока и показателей напряжения, но вращение вектора происходит с той же скоростью и с неизменными угловыми параметрами.

Фазовый сдвиг или сдвиг совпадает с наблюдаемым углом между векторными радиусами показателей тока и параметрами напряжения, а отставание по этим критериям провоцирует рассогласование.

Фазовый сдвиг переменного тока и напряжение

В этом случае силовые характеристики отрицательны из-за произведения положительных и отрицательных величин. В таких условиях стандартным источником электроэнергии становится внешний тип электрической цепи. Небольшое количество энергии, поступающее в цепь с положительными значениями мощности, возвращается только при наличии отрицательных значений.

Продолжительность частей периода напрямую зависит от уровня фазового сдвига, а показатели сдвига определяются длительностью действия отрицательных сил, или так называемыми среднемощными характеристиками электрического тока.

Характеристики

Переменный ток течет по цепи и меняет направление в зависимости от величины. Создает магнитное поле. Поэтому его часто называют периодическим синусоидальным переменным током. По закону кривой линии значение меняется через определенный промежуток времени. Поэтому его называют синусоидальным. Имеет свои настройки. Из важных стоит указать период частоты, амплитуду и мгновенное значение.

Период – это время, когда происходит изменение электрического тока, а затем оно повторяется снова. Частота – один период в секунду. Измеряется в герцах, килогерцах и миллигерцах.

Амплитуда — максимальное значение тока с выходом по напряжению и току за полный цикл. Мгновенное значение — переменный ток или напряжение, возникающее в определенное время.

Вас заинтересуют функции линейного напряжения

Технические характеристики переменного тока

Баланс мощностей

Самостоятельное обнаружение некоторых электрических неизвестных, как правило, требует обязательной проверки правильности полученных значений с учетом баланса мощности.
В соответствии с общепринятыми характеристиками баланс электрической цепи основан на законе сохранения энергии, поэтому общая потребляемая и выходная мощности должны быть равны.

В расчетах учитываются показатели эквивалентного сопротивления и закон Ома, известные большинству из курса физики.

Допускаются небольшие отклонения значений, которые вызваны стандартным округлением, выполненным в процессе выполнения самостоятельных расчетов. Таким образом, вне зависимости от уровня сложности создаваемой цепочки баланс обязательно должен сходиться, что является гарантией сохранения работоспособности и полной безопасности эксплуатации.

Мощность тока на произвольном участке

Теперь рассмотрим самый общий случай. Пусть это будет произвольный участок цепи — на нем могут быть резисторы, конденсаторы, катушки… На этот участок подается переменное напряжение.

Как мы знаем из предыдущего листа «Переменный ток. 2″, на этом участке имеется некоторый фазовый сдвиг между напряжением и током.

С этой проблемой должны столкнуться разработчики электрических схем, содержащих электродвигатели. Обмотки электродвигателей имеют большие индуктивности, и возникает ситуация, близкая к «чистой» катушке. Чтобы избежать бесполезной циркуляции энергии по сети, в цепь включают дополнительные фазосдвигающие элементы — например, так называемые компенсирующие конденсаторы.

Мощность в цепи переменного электрического тока

Электроприборы, подключенные к сети, работают в цепи переменного тока, поэтому будем считать ток при данных условиях. Но сначала дадим общее определение понятия.

Мощность — физическая величина, отражающая скорость преобразования или передачи электрической энергии.

В более узком смысле говорят, что электрическая мощность есть отношение между работой, совершаемой за определенный промежуток времени, и этим промежутком времени.

Если переписать это определение менее научно, то получается, что электроэнергия – это определенное количество энергии, потребляемое потребителем за определенный период времени. Самый простой пример – обычная лампа накаливания.

Скорость, с которой лампочка преобразует электричество, которое она использует, в тепло и свет, является ее мощностью.

Следовательно, чем выше этот показатель изначально у лампочки, тем больше энергии она будет потреблять, и тем больше света давать.

Так как в этом случае имеет место не только процесс преобразования электричества во что-то другое (свет, тепло и т д.), но и процесс колебаний электрического и магнитного полей, то между током и напряжением возникает фазовый сдвиг, и это следует учитывать при дальнейших расчетах.

При расчете мощности в цепи переменного тока принято различать активную, реактивную и полную составляющие.

Понятие активной мощности

Активная «полезная» мощность — это та часть мощности, которая непосредственно характеризует процесс преобразования электрической энергии в другую энергию. Обозначается латинской буквой Р и измеряется в ваттах (Вт).

Рассчитывается по формуле: P = U⋅I⋅cosφ,

где U и I — действующие значения напряжения и тока цепи соответственно, cos φ — косинус угла сдвига фаз между напряжением и током.

ВАЖНЫЙ! Описанная ранее формула подходит для расчета цепей с напряжением 220В, но мощные устройства обычно используют сеть с напряжением 380В. В этом случае выражение нужно умножить на корень из трех или 1,73

Понятие реактивной мощности

Реактивная «вредная» мощность — это мощность, образующаяся при работе электроприборов с индуктивной или емкостной нагрузкой, и отражающая возникающие электромагнитные колебания. Проще говоря, это энергия, которая идет от источника питания к потребителю, а затем возвращается в сеть.

Разумеется, использовать этот компонент в бизнесе нельзя, к тому же он во многом наносит ущерб сети электроснабжения, поэтому его обычно пытаются компенсировать.

Это значение обозначается латинской буквой Q.

ЗАПОМНИТЬ! Реактивная мощность измеряется не в обычных ваттах (Вт), а в реактивных вольт-амперах (Вар).

Рассчитывается по формуле:

где U и I — среднеквадратичное значение напряжения и тока цепи соответственно, sinφ — синус фазового угла между напряжением и током.

ВАЖНЫЙ! При расчете это значение может быть как положительным, так и отрицательным, в зависимости от движения фаз.

Емкостные и индуктивные нагрузки

Основным отличием реактивной (емкостной от индуктивной) нагрузки является собственно наличие емкости и индуктивности, которые имеют свойство накапливать энергию и в дальнейшем отдавать ее в сеть.

Индуктивная нагрузка сначала преобразует энергию электрического тока в магнитное поле (в течение полупериода), а затем преобразует энергию магнитного поля в электрический ток и передает его в сеть. Примерами являются асинхронные двигатели, выпрямители, трансформаторы, электромагниты.

ВАЖНЫЙ! При работе с индуктивной нагрузкой кривая тока всегда отстает от кривой напряжения на полпериода.

Емкостная нагрузка преобразует энергию электрического тока в электрическое поле, а затем преобразует энергию результирующего поля обратно в электрический ток. Оба процесса продолжаются снова в течение половины цикла каждый.

Примерами являются конденсаторы, батареи, синхронные двигатели.

ВАЖНЫЙ! При работе с емкостной нагрузкой кривая тока опережает кривую напряжения на полпериода.

Коэффициент мощности cosφ

Коэффициент мощности cosφ (читай косинус фи) — скалярная физическая величина, отражающая эффективность потребления электрической энергии. Проще говоря, коэффициент cosφ показывает наличие реактивной части и величину принимаемой активной части по отношению к полной мощности.

Коэффициент cosφ находится через отношение активной электрической мощности к полной электрической мощности.

ПРИМЕЧАНИЕ! При более точном расчете следует учитывать нелинейные искажения синусоиды, но в обычных расчетах ими пренебрегают.

Значение этого коэффициента может варьироваться от 0 до 1 (если расчет производится в процентах, то от 0% до 100%). Из формулы расчета нетрудно понять, что чем больше значение, тем больше активная составляющая, а значит, производительность устройства лучше.