Мощность в цепях переменного тока

Полная мощность генератора переменного тока, В * А, определяется произведением тока на напряжение:

где I — действующая сила тока, на которую рассчитана обмотка генератора, A;

U —действующее значение напряжения генератора, В.

Размеры генератора переменного тока зависят от полной мощности, на которую он рассчитывается. Это связано с тем, что поперечное сечение проводов обмотки определяется силой тока, а толщина изоляции и число витков обмотки — напряжением, которое будет вырабатывать генератор.

Полная мощность генератора переменного тока, включенного в цепь с активным сопротивлением R и реактивными сопротивлениями ( и состоит из мощности, расходуемой в активном сопротивлении R и реактивной части мощности.

Запомните

· Мощность, расходуемая в активном сопротивлении, преобразуется в полезную работу или теплоту, рассеиваемую в пространство.

· Реактивная часть мощности обусловлена колебаниями энергии при создании и исчезновении магнитных и электрических полей. Энергия то запасается в полях реактивных сопротивлений, то возвращается генератору, включенному в цепь.

Реактивные токи, протекающие между генератором и реактивными приемниками, обладающими индуктивным и емкостным сопротивлениями, бесполезно загружают линию и генератор и вызывают дополнительные потери энергии.

Связь между полной, активной и реактиной мощностями можно определить из треугольника мощностей (рис..12).

Рис. 12. Треугольник мощностей цепи

переменного тока, содержащий R, L и С

Активная мощность, Вт,

Реактивная мощность, вар,

Единица реактивной мощности — вольт-ампер реактивный (вар)

Полная мощность, В * А,

Чтобы судить о том, какая часть полной мощности расходуется как активная (полезная) мощность и какая часть является реактивной (бесполезной) мощностью, следует разделить активную мощность (Р) на полную (S). Из треугольника мощностей видно, что это отношение характеризуется косинусом угла сдвига фаз между током и напряжением в данной цепи:

Таким образом, cos <p является коэффициентом мощности переменного тока.

В цепи переменного тока с активным сопротивлением ток и напряжение совпадают по фазе и угол сдвига фаз = 0, соответственно cos = 1, активная мощность для такой цепи будет равна полной мощности.В данном случае вся мощность генератора используется для полезной работы.

Угол сдвига фаз между током и напряжением зависит от соотношения между активным и реактивным сопротивлениями, включенными в электрическую цепь.

Увеличение активного сопротивления приводит к уменьшению угла сдвига фаз, а следовательно, к возрастанию косинуса этого угла и увеличению коэффициента мощности. Индуктивная нагрузка, подключенная в цепь, наоборот, увеличивает угол сдвига фаз и тем самым понижает коэффициент мощности.Причиной низкого коэффициента мощности может быть работа электродвигателей станков или машин вхолостую; недогрузка стайка связанная с тем, что на станке большой мощности обрабатывая мелкие детали; неправильный выбор мощности двигателя, устанавливаемого на станке; низкое качество ремонта двигателя; плохая смазка и т. д.

'

При нормальной нагрузке двигателя его коэффициент мощности составляет 0,83 — 0,85. При холостом ходе двигателя его коэффициент мощности понижается и составляет 0,1-0,3

Для повышения коэффициента мощности параллельно к индуктивной нагрузке подключают конденсаторы. Емкостное сопротивление этих конденсаторов подбирают с таким расчетом, чтобы оно было примерно равно индуктивному сопротивлению. При этом емкостный ток будет также примерно равен индуктивному току.

В этом случае угол сдвига фаз между током и напряжением уменьшается, а коэффициент мощности возрастает до 0,85 — 0,9.

Пример.7. Полная мощность электротехнической установки S = 800 В *А. Ваттметр, измеряющий активную часть мощности, показывает, что она равна 720 Вт. Определить коэффициент мощности cos

Решение

Коэффициент мощности Это означает, что 90% полной мощности расходуется в виде активной мощности на полезную работу, а 10% обусловлены наличием реактивной бесполезной мощности

Пример.8. Произвести расчет электрической цепи переменного тока, в которую включена индуктивная катушка, обладающая индуктивным сопротивлением = 30 Ом и активным сопротивлением R = 40 Ом. Напряжение на зажимах индуктивной катушки 120В. Определить:

1) полное сопротивление цепи;

2) силу тока в индуктивной катушке;

3) коэффициент мощности;

4) угол сдвига фаз между током и напряжением;

5) полную, активную и реактивную мощности.

Решение

1.Полноес опротивление цепи

2.Сила тока в цепи

3.Коэффициент мощности

Если cos = 0,8, то угол сдвига фаз = 36°

4. Полная мощность

5. Активная мощность

Реактивная мощность

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. От каких величин зависит полная мощность генератора переменного тока?

2. Что называется коэффициентом мощности?

3. Что является причиной низкого коэффициента мощности?

4. Какие меры необходимо принять для повышения коэффициента мощности?