Новини освіти і науки:

G+

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

Одиниці потужності та енергії. Миттєва потужність. Активна, реактивна, повна потужність.

Тема: Вимірювання електричної потужності.

Лекція № 11

Сформувати знання про одиниці потужності та енергії, миттєву потужність, активну, реактивну, повну потужність, вимірювання електричної потужності, вимірювання потужності у колах постійного та однофазного змінного струмів, вимірювання потужності у колах трифазного змінного струмів.

Сформувати способи діяльності щодо визначення основних параметрів та розрахунку повірки приладів вимірювання електричної потужності.

Сформувати творчі здібності на основі аналізу основних властивостей вимірювання електричної потужності.

Емоційно-ціннісне завдання заняття полягає в формуванні чіткого розуміння одиниць потужності та енергії, миттєву потужність, активну, реактивну, повну потужність, вимірювання електричної потужності, вимірювання потужності у колах постійного та однофазного змінного струмів, вимірювання потужності у колах трифазного змінного струмів.

Питання лекції:

1.Одиниці потужності та енергії. Миттєва потужність. Активна, реактивна, повна потужність.

2. Вимірювання електричної потужності. Вимірювання потужності у колах постійного та однофазного змінного струмів. Вимірювання потужності у колах трифазного змінного струмів.

Потужність — робота, що виконана за одиницю часу, або енергія, передана за одиницю часу.

Зазвичай позначається латинською літерою W, вимірюється у Ватах. Одиниця потужності в СІ – ват (Вт), названа на честь британського винахідника Джейна Ватта. Іншою одиницею вимірювання, яка ще й досі широко використовується, є кінська сила.

Потужність є важливою характеристикою двигунів.

1 ват – це така потужність, за якої протягом 1с виконується робота 1 Дж, тобто 1Вт =.

З означення потужності можна зробити висновок, що потужність чисельно дорівнює роботі, яку виконує тіло за одну секунду. Під час виконання механічної роботи більшу потужність розвиває те тіло, яке за той самий час виконує більшу роботу.

Приклад: якщо два учні одночасно підіймуть і поставлять на стіл різні вантажі, наприклад 1 і 2 кг, то говорять, що другий учень розвинув більшу потужність, бо за той самий час він виконав у 2 рази більшу роботу.

Порівняйте такі дані:

* потужність, яку розвиває людина під час ходьби, приблизно 60-100Вт;

* потужність легкового автомобіля приблизно в тисячу разів більша від середньої потужності людини;

* потужність літака в тисячу разів більша від потужності автомобіля;

* потужність космічного корабля приблизно в тисячу разів більша від потужності літака.

Потужність транспортного засобу, наприклад автомобіля, зручно подавати не через роботу і час, а через силу і швидкість.

Миттєвої потужністю називається добуток миттєвих значень напруги та сили струму на якій-небудь ділянці електричного кола.

За визначенням, електрична напруга — це відношення роботи, яку Електричне поле викнує при перенесенні пробного електричного заряду з точки A у точку B, до величини пробного заряду. Тобто можна сказати, що електрична напруга дорівнює роботі з перенесення одиничного заряду з точки А до точки B. Іншими словами, при русі одиничного заряду ділянкою електричного кола він виконує роботу, що чисельно дорівнює електричній напрузі на даній ділянці кола. Робота, яку виконують ці заряди при русі від початку ділянки кола до його кінця дорівнює роботі всіх одиничних зарядів.Потужність, за визначенням, — це робота за одиницю часу. Введемо позначення: U — напруга на ділянці AB (приймаємо його постійним на інтерваліΔ t), Q — кількість зарядів, що пройшли від А до B за час Δ t. А — робота, виконана зарядом Q при русі по ділянці A-B, P — потужність. Записуючи вищенаведені міркування, отримуємо:

Для одиничного заряду на ділянці AB:

Для всіх зарядів:

Оскільки струм це кількість зарядів за одиницю часу, тобто за визначенням, у результаті отримуємо:

Вважаючи час нескінченно малим, можна прийняти, що величини напруги та струму за цей час теж зміняться нескінченно мало. У підсумку отримуємо наступне визначення миттєвої електричної потужності:

миттєва потужність електричного струму p (t), що виділяється на ділянці електричного кола, є добуток миттєвих значень напруги u (t) і сили струму i (t)на цій ділянці:

Якщо ділянка кола містить резистор з електричним опором R, то

Активна потужність Одиниця вимірювання — ват (W, Вт). Середнє за період T значення миттєвої потужності називається активною потужністю:

У колах однофазного синусоїдального струму

де U і I — середньоквадратичні значення напруги і струму, φ — кут зсуву фаз між ними. Для кіл несинусоїдального струму потужність електричного струму дорівнює сумі відповідних середніх потужностей окремих гармонік. Активна потужність характеризує швидкість необоротного перетворення електричної енергії в інші види енергії (теплову і електромагнітну). Активна потужність може бути також виражена через силу струму, напругу і активну складову опору кола r або її провідність g за формулою

У будь-якому електричному колі як синусоїдального, так і несинусоїдального струму активна потужність всього кола дорівнює сумі активних потужностей окремих частин кола, для трифазних кіл потужність електричного струму визначається як сума потужностей окремих фаз. З повною потужністю S активна пов'язана співвідношенням

У теорії довгих ліній (аналіз електромагнітних процесів у лінії передачі, довжина якої порівнянна з довжиною електромагнітної хвилі) повним аналогом активної потужності є транзитна потужність, яка визначається як різниця між потужностю, що передається далі, та потужністю, відбитою назад. Реактивна потужність Одиниця виміру — вольт-ампер реактивний (var, вар) Реактивна потужність — величина, що характеризує навантаження, що створюють в електротехнічних пристроях коливання енергії електромагнітного поля у колі синусоїдального змінного струму, дорівнює добутку середньоквадратичних значень напруги U і струму I} }, помноженому на синус кута зрушення фаз φ між ними:

(якщо струм відстає від напруги, зсув фаз вважається позитивним, якщо випереджає — негативним). Реактивна потужність пов'язана з повною потужністю S і активною потужністю Р співвідношенням:

. Фізичний сенс реактивної потужності — це енергія, щоперекачується від джерела на реактивні елементи приймача (індуктивності, конденсатори, обмотки двигунів), а потім повертається цими елементами назад у джерело протягом одного періоду кколивань, віднесена до цього періоду. Необхідно відзначити, що величина sin φ для значень φ від 0 до плюс 90 ° є позитивною величиною. Величина sin φ для значень φ від 0 до −90 ° є від'ємною величиною. У відповідності з формулою Q = UI sin φ, реактивна потужність може бути як позитивною величиною (якщо навантаження має активно-індуктивний характер), так і від'ємною (якщо навантаження має активно-ємнісний характер). Дана обставина підкреслює той факт, що реактивна потужність не бере участь у роботі електричного струму. Коли пристрій має позитивну реактивну потужність, то прийнято говорити, що він її споживає, а коли негативну — то виробляє. Але це чиста умовність, пов'язана з тим, що більшість електроспоживаючих пристроїв (наприклад,асинхронні двигуни), а також виключно активне навантаження, що підключається через трансформатор, є активно-індуктивними. Синхронні генератори, встановлені на електричних станціях, можуть як виробляти, так і споживати реактивну потужність у залежності від величини струму збудження, що протікає в обмотці ротора генератора. За рахунок цієї особливості синхронних електричних машин здійснюється регулювання заданого рівня напруги мережі. Для усунення перевантажень і підвищення коефіцієнта потужності електричних установок здійснюється компенсація реактивної потужності. Застосування сучасних електричних вимірювальних перетворювачів на мікропроцесорній техніці дозволяє виробляти більш точну оцінку величини енергії, що повертається від індуктивного та ємнісного навантаження у джерело змінної напруги. Вимірювальні перетворювачі реактивної потужності, що використовують формулу Q = UI sin φ, більш прості і значно дешевші вимірювальних перетворювачів на мікропроцесорній техніці. Повна потужність Одиниця повної електричної потужності — вольт-ампер (V · A, В · А) Повна потужність — величина, що дорівнює добутку діючих значень періодичного електричного струму I у колі і напруга U на її затисках: U · I; пов'язана з активною і реактивною потужностями співвідношенням:

де Р — активна потужність, Q — реактивна потужність (при індуктивному навантаженні Q> 0, а при ємнісний Q' '<0). Векторна залежність між повною, активною і реактивною потужністю виражається формулою:

Повна потужність має практичне значення, як величина, що описує навантаження, що фактично накладаються споживачем на елементи підвідної електромережі (дроти, кабелі, розподільні щити, трансформатори, лінії електропередачі), оскільки ці навантаження залежать від споживаного струму, а не від фактично використаної споживачем енергії. Саме тому номінальна потужність трансформаторів і розподільних щитів вимірюється у вольт-амперах, а не у ватах. 2. Вимірювання електричної потужності. Вимірювання потужності уколах постійного та однофазного змінного струмів. Вимірювання потужності у колах трифазного змінного струмів. Вимірювання потужності виконують в колах постійного струму та активної, реактивної потужності в колах змінного струму - однофазних та трифазних, три провідних та чотирипровідних. Вимірювання потужності в колах постійного струму Аналізуючи вираз

можна зробити висновок, що потужність може бути визначена непрямим методом за допомогою амперметра та вольтметра магнітоелектричної системи.

Рис 20.1 - Схема включення вимірювання потужності непрямим методом Не дивлячись на простоту схеми, вимірювання потужності за допомогою амперметра та вольтметра на практиці майже не використовують. Це також можна пояснити необхідністю одночасного відрахування показів двох приладів та послідуючого розрахунку. Найбільш простим методом вважається вимірювання безпосередньо за допомогою одного одноелементного електродинамічного ватметру. Включення такого ватметру в коло постійного струму необхідно виконувати із дотриманням правильності з’єднання генераторних затискачів обмотки кола струму та напруги.

Рис 20.2 - Схема включення ватметра в коло постійного струму Генераторний затискач струмової обмотки ватметра завжди включається в сторону джерела живлення. При недотриманні правильності включення генераторного затискача будь-якої із обмоток приведе до зміни направленості обертаючого моменту та виходу вказівника (стрілки) за межі шкали. Вимірювання потужності в колах змінного струму Вимірювання активної потужності в однофазному колі виконують одноелементним ватметром. Вимірювання потужності у трифазних колах виконують методом одного, двох або трьох приладів, але в більшості випадків використовують спеціальні дво- або трьохелементний ватметри.

Рис 20.3 - Схема включення ватметра в коло змінного струму та векторна діаграма В и м і р ю в а н н я п о т у ж н о с т і м е т о д о м о д н о г о п р и л а д у. При використанні методу одного приладу вимірювання потужності здійснюють за допомогою одноелементного ватметра. Метод застосовують при вимірюванні потужності в однофазних колах та симетричних трифазних колах (комплексні опори фаз однакові). Ватметр складається із струмової обмотки, що включається послідовно та обмотки напруги, яка включається на фазну напругу. Вимірювальну потужність знаходять за формулою

При включенні одноелементного ватметра у трифазне симетричне три провідне коло при доступній нульовій точці, в якому навантаження з’єднане зіркою схема буде наступна

Рис 20.4 - Схема включення ватметра в трифазне коло при симетричному навантаженні При недоступній нульовій точці, точку можна створити штучно за допомогою двох резисторів (опір кожного резистора дорівнює опору кола обмотки напруги ватметра). Величина опору обмотки напруги знаходиться на шкалі ватметра, або вказана у паспорті приладу.

Рис 20.5 - Схема включення ватметра в трифазне коло при недоступній нульовій точці У даних схемах включення ватметрів вимірювальна потужність буде відповідати потужності однієї фази. Для отримання потужності всього трифазного кола необхідно покази ватметру помножити на 3, тобто

Розширення діапазону вимірювання по струму та використання його для вимірювання потужності в колах з великими струмами (напруги можуть бути відносно невеликі) виконують із застосуванням вимірювальних трансформаторів струму. Якщо ватметр використовують в колах із високою напругою, то також додатково застосовують вимірювальний трансформатор напруги. Тобто обмотки напруги та струму ватметра безпосередньо включають до кола через вимірювальні трансформатори напруги та відповідно струму.

Рис 20.6 - Схема включення ватметра в однофазне коло через вимірювальні струми При визначення потужності кола необхідно враховувати коефіцієнти трансформації вимірювальних трансформаторів

, де K_I, K_U - коефіцієнти трансформації відповідно вимірювального трансформатора струму та напруги. В и м і р ю в а н н я п о т у ж н о с т і м е т о д о м д в о х п р и л а д і в. Метод двох приладів використовують при вимірюванні потужності у трифазних три провідних колах за допомогою двох одноелементних ватметрів. Метод дає правильні результати незалежно від схеми з’єднання та характеру навантаження як при симетричному так і несиметричному.

Рис 20.7 - Схема включення двох ватметрів у трифазне коло Загальна потужність трифазного кола є сума показів двох ватметрів

Слід також відзначити, що покази ватметрів можуть бути додатними або від’ємними, в залежності від кута φ та його знаку. Якщо кут φ = 0 (при чисто активному навантаженні), то покази ватметрів будуть однакові. Також для вимірювання потужності у трифазних колах застосовують двоелементні ватметри, які називають ще трифазними. Вони являють собою конструкцію, що складається із двох вимірювальних механізмів одноелементних феродинамічних ватметрів із спільною рухомою частиною. Включення струмових обмоток та обмоток напруги трифазного двоелементного ватметра виконують по попередній схемі, в якій використовується метод двох приладів. Розширення діапазонів вимірювання трифазного двоелементного ватметра, так як і одноелементних однофазних ватметрів, здійснюють за допомогою вимірювальних трансформаторів струму та напруги.

Рис 20.8 - Схема включення елементів двохелементного ватметру у трифазне три провідне коло через трансформатор струму Загальна потужність кола буде дорівнювати сумі показів ватметрів, яка помножена на коефіцієнт трансформації вимірювального трансформатора струму

В и м і р ю в а н н я п о т у ж н о с т і м е т о д о м т р ь о х п р и л а д і в. Цей метод застосовують для вимірювання потужності у трифазному чотири провідному колі, де при цьому застосовують три одноелементних ватметри. Цей метод дає правильні покази незалежно від схеми з’єднання та симетричному або несиметричному навантаженні. За цією схемою також включають елементи триелементних ватметрів.

Рис 20.9 - Схема включення трьох ватметрів у трифазне чотири провідне коло Вимірювальну потужність кожного ватметру знаходять за формулою

де U_A, U_B_, U_C - фазні напруги I_A, I_B, I_C - фазні струми φ_A_, φ_B, φ_C - кути зсуву між відповідними напругами та фазними струмами Отже, загальна потужність кола буде дорівнювати сумі всіх потужностей у колі

Для розширення діапазону вимірювань триелементних трифазних ватметрів застосовують також вимірювальні трансформатори

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Юриспруденція в Україні	\|	Регулярний вираз – засіб вказівки шаблону для пошуку його в тексті.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.