Розрахунок потужності в електричних ланцюгах

Будь-який електроприлад характеризується кількома основними параметрами, серед яких номінальна напруга, струм і потужність. Іноді в технічному паспорті вказуються лише потужність і напруга, струм в цьому випадку легко знайти, скориставшись знаменитими формулами Ома (зрозуміло, з низкою застережень - наприклад, повинен бути відомий cos). Вірно також зворотне: знаючи струм і напругу, можна виконати розрахунок потужності. У глобальній Мережі є багато матеріалів по даній темі, але більша їх частина розрахована на фахівців.

Давайте розглянемо, що розуміють під терміном «електрична потужність», які існують її різновиди і як можна зробити розрахунок потужності. Фізичний сенс потужності вказує, наскільки швидко в установці (приладі) відбувається перетворення електроенергії в той чи інший вид корисної роботи. Ось так все просто! Для неелектричних ж пристроїв цілком припустимо використовувати термін «продуктивність».

В електротехніці прийнято поділ, згідно з яким існує активна та реактивна потужність. Перша безпосередньо перетвориться в корисну роботу, тому вважається основною. Одиницею виміру служить Ватт і похідні - Кіловат, Мегаватт та ін. На побутових електроприладах вказується саме вона. Хоча це зовсім не означає, що реактивної складової немає. У свою чергу другий - небажана, оскільки в виконанні роботи не бере, а розтрачується на різні види втрат. Вимірюється в «вар» (вольт-ампер реактивний) і похідних - кіловольт-ампер реактивний і т.д. Сума активної та реактивної складових формують повну потужність (вольт-ампер, ВА).

Яскравий приклад споживача з чистою активним навантаженням - електричний ТЕН. При проходженні по ньому електричного струму генерується тепло, причому в прямій залежності. Точно так само діє споживач реактивної енергії - класичний трансформатор. При його роботі в витках обмотки створюється магнітне поле, яке саме по собі не потрібно (використовується властивість електромагнітної індукції). Муздрамтеатр намагнічується, відбуваються втрати. Іншими словами:

Q = U * I * sin Fi,

де sin Fi - синус кута між векторами струму і напруги. Його знак залежить від характеру навантаження (емкостная або індуктивна).

Розрахунок потужності починають з визначення роду струму: постійний або змінний, так як формули не є універсальними.

У першому випадку використовується наслідок з класичного закону Ома. Потужність P є твором струму I на напругу U:

P = I * U (Вт = А * В).

При ланцюга з джерелом живлення враховується напрямок ЕРС: це потрібно для розрахунку опору самого джерела. Так, генератор або батарея, в яких струм тече від «-» до «+», видаючи енергію в навантаження ланцюга, віддає потужність. Якщо ж протягом струму протилежно прикладеному потенціалу (зарядка акумуляторної батареї), то має місце поглинання потужності джерелом ЕРС.

Формула розрахунку потужності для змінного струму (Однофазна ланцюг) враховує коефіцієнт - «косинус фі». Він являє собою відношення активної складової потужності до повної. Очевидно, що у випадку з Теном косинус буде дорівнювати 1 (ідеальний варіант), так як реактивної складової немає. Інакше для зниження втрат на стороні генератора застосовують різні компенсатори або інші технічні рішення.

Таким чином:

P = U * I * cos Fi.

Розрахунок потужності в трифазних ланцюгах виконується для кожної фази, а отримані значення потім сумуються. Для змінного струму повна потужність розраховується як квадратний корінь з суми квадратів активної і реактивної складових. Для генеруючих пристроїв (підстанції) більш важливо знати саме повну потужність, оскільки на основі цього підбираються всі інші елементи наступних ланцюгів. Очевидно, що в більшості випадків не можна заздалегідь дізнатися характер навантаження.