Что такое треугольник мощностей
Содержание
Электрическая мощность состоит из активной, совершающей полезную работу, и реактивной, которая переходит из одной формы в другую. Существование последней определяется наличием в схеме индуктивных и емкостных элементов.
Что такое электрическая мощность
Мощность представляет собой работу, выполненную за единицу времени. В применении к электрическим цепям речь обычно идёт о генерации электрической энергии, ее передаче или о потреблении за указанный период. Величину электромощности определяют по формуле:
Данная формула справедлива, как говорится в курсе ТОЭ, для постоянного тока или для мгновенных значений в тех случаях, когда характеристики тока меняются во времени. Если в цепи имеются емкостные или индуктивные элементы, то в ней возникают дополнительные токи, причиной которых становятся электромагнитная индукция или процесс зарядки или разрядки конденсатора.
Необходимо учитывать, что такое физическое явление, как электрический ток, может быть активным или реактивным и от этого свойства зависит тип мощности. В первом случае производится работа или происходит передача определённого объёма энергии. Во втором энергия не тратится, а переходит из одной формы в другую.
Произведение активной составляющей тока и напряжения — это активная мощность, а реактивной составляющей и напряжения — реактивная. Чтобы определить полную мощность, следует общий ток умножить на напряжение:
Как вычисляется мощность с помощью треугольника
Для определения активной и реактивной составляющей электромощности используются одинаковые формулы, но при этом рассматриваются разные токи. Активный ток протекает благодаря электрическому полю, создаваемому источником питания. Реактивный возникает при использовании в схеме индукционных и емкостных элементов.
На первом этапе вычислений нужно определить активную и реактивную мощности отдельно. Чтобы определить полную, необходимо начертить прямоугольный треугольник. Катетами в нём будут вычисленные предварительно величины активной и реактивной составляющей. Длина гипотенузы — это полная мощность. Зная длину катетов, гипотенузу можно определить по теореме Пифагора.
Используя треугольник мощностей, можно также определить активную и реактивную составляющие, если известна полная мощность и угол φ.
Треугольник сопротивлений выражает аналогичное соотношение между активным, индуктивным и емкостным сопротивлениями. Также может применяться треугольник проводимостей.
Особенности реактивной мощности
Наличие индуктивности и ёмкости необязательно связано с наличием катушки и конденсатора. На практике эти характеристики можно обнаружить в большинстве случаев, однако при этом они ничтожно малы. Поэтому при функционировании электроприбора важно как можно более точно определить, какая часть полной мощности является активной. Для этого используют коэффициент мощности. Его можно определить из треугольника мощностей:
Используя треугольник мощностей, ток потребления установки можно выразить через активную мощность, напряжение сети и коэффициент мощности:
Из этой формулы видно, что чем меньше cos φ, тем большим должен быть ток, обеспечивающий совершение определенной работы. Характеризируется эта работа тремя параметрами: током, напряжением и активной мощностью. Соотношения между параметрами сети можно вычислить, используя треугольники электрических напряжений, сопротивлений и мощностей.
У угла φ также имеется физический смысл. Когда поступающее напряжение изменяется по синусоидальному закону при наличии только активных элементов в схеме, фазового смещения тока относительно напряжения не будет. Наличие ёмкости приведёт к запаздыванию тока, а индуктивности —к опережению. Смещение между фазами тока и напряжения соответствует углу φ.
Чем больше в схеме реактивная составляющая, тем меньшая часть полной мощности используется по назначению. Эффективность работы выражается коэффициентом мощности. Чем ближе он к единице, тем меньше непроизводительные потери.
Если у оборудования высокая реактивная мощность, может быть применена процедура её компенсации. Она основывается на том, что ёмкость и индуктивность осуществляют сдвиг фазы в противоположные стороны. В схему вводятся элементы с такими параметрами, которые смогут обеспечить минимальный угол φ. При этом его косинус будет ближе к единице.
Компенсирующие устройства в производственных условиях применяют там, где коэффициент мощности слишком мал. Их подключают параллельно нагрузке. Часто в таких устройствах используют мощные конденсаторы. Компенсация предотвращает возникновение потерь мощности. В бытовых электроприборах необходимость в применении таких мер обычно отсутствует.
Загрузка...
