Меню

Может ли мощность равняться нулю

Реактивная мощность на ощупь, простым языком, без графиков

Сегодня я постараюсь объяснить простым языком, что же такое реактивная мощность электрической энергии.

Активная мощность

Для начала, расскажу про наиболее привычную нам активную мощность, за которую мы, собственно, и платим по счётчику. Эта мощность, потребляемая нагрузкой типа обычного сопротивления. Как правило, это все нагревательные приборы (бойлеры, обычные электроплитки, электро калориферы и т.п.). Потребляемая мощность этих приборов полностью активная. В этих приборах электрическая энергия безвозвратно и полностью преобразуется в другой вид энергии (тепловую и другие).

Активная мощность обозначается буквой P и измеряется в ваттах (Вт).

Величина активной мощности, потребляемой такими приборами считается просто — умножением напряжения в розетке на ток, протекающей в цепи включенного нагревательного прибора:

Тут всё просто. Нагрузка пассивна, постоянна, никаких неожиданностей.

Замечу, что в цепях постоянного тока существует только активная мощность, поскольку значение мгновенной и средней мощности там совпадают.

Реактивная мощность

Если включить в сеть переменного тока не нагревательный прибор, а, например, электромагнит, то помимо активной, в цепи возникает реактивная энергия, которая с частотой переменного тока то потребляется прибором, то возвращается обратно в сеть. Эта энергия переносится от источника к электромагниту и обратно дважды за период, каждую четверть периода меняя направление.

Это происходит из-за того, что при потреблении электроэнергии, например, обмоткой магнита, каждый полупериод в нём происходит временное запасание энергии в магнитном поле катушки, и последующая отдача её назад, из-за чего происходит рассинхронизация синусоид величин напряжения и тока в сети.

Изменения тока в цепи отстаёт от соответствующих синусоидальных изменений напряжения. Такое поведение присуще любой т.н. индуктивной нагрузке (трансформаторы, электродвигатели, дроссели, электромагниты).

Помимо индуктивной нагрузки существует емкостная (различные электронные устройства с конденсаторами, как накопителями энергии, например, в импульсном блоке питания), в которой ток, наоборот, опережает напряжение за счёт временного накопления энергии конденсаторами и последующей отдачи её назад. И в том и в другом случае в цепи помимо активной возникает реактивная энергия.

Вред реактивной энергии в электроэнергетике очевиден — она никак не используется, но шляется туда-сюда по проводам, дополнительно нагружая их. Кроме того, при таком «шлянии» эта энергия ещё и частично теряется, преобразуясь в активную энергию при нагреве проводов. Однако в радиотехнике реактивная мощность может быть и полезной (например, в колебательных контурах).

Реактивная мощность на ощупь, простым языком, без графиков

Реактивная мощность обозначается буквой Q и измеряется в вольт-амперах реактивных (вар).

Для вычисления доли реактивной мощности применяется формула:

Q = U * I * sin φ , где:
sin φ — коэффициент мощности, показывающий, какую долю полной мощности составляет реактивная мощность.

Для вычисления активной мощности в сетях с реактивной составляющей применяется формула:

P = U * I * cos φ , где:
cos φ — коэффициент мощности, показывающий, какую долю полной мощности составляет активная мощность.

Коэффициенты мощностей разных приборов обычно указываются в паспортах на них.

Неактивная мощность

Неактивная мощность (пассивная мощность) — это вся мощность кроме активной, т.е. как реактивная мощность, так и мощность любых нелинейных искажений синусоиды, в том числе и мощность колебаний в колебаниях (высших гармоник).

Неактивная мощность обозначается буквой N и измеряется в вольт-амперах реактивных (вар).

Нелинейные искажения могут быть вызваны такой нелинейной нагрузкой, как, например, импульсные блоки питания без корректора коэффициента мощности.

Полная мощность

Полная мощность — эта вся мощность, и активная и неактивная.

Полная мощность обозначается буквой S и измеряется в вольт-амперах (ВА).

Полная мощность равна корню квадратному из суммы квадратов активной и неактивной мощности:

В случае линейной (равномерной на протяжении периода) нагрузки полная мощность равна корню квадратному из суммы квадратов активной и реактивной мощности. В этом случае неактивная мощность полностью состоит из реактивной составляющей.

Читайте также:  Литровая мощность бензиновых двигателей равна

То есть, полная мощность получается не лобовым сложением активной и неактивной частей, а по закону прямоугольного треугольника:

Реактивная мощность на ощупь, простым языком, без графиков

Надеюсь, я немного прояснил данный вопрос.

Если тема всё ещё непонятна, почитайте мою новую статью , где я более тщательно расписал физику процесса.

Источник



Комплект контрольно-измерительных материалов (стр. 32 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47

Содержание отчета

1 Тема и цель занятия.

3 Схема электрической цепи.

4 Таблица результатов измерений и расчетов.

5 Расчетная часть, содержащая формулы и примеры расчета по ним.

6 Вывод о проделанной работе.

Контрольные вопросы

1 Объясните, может ли напряжение источника равняться напряжению потребителя, почему?

2 Назовите параметры, указанные в таблице 5.1.

3 Какие величины показывают вольтметры на рисунке 5.1?

4 Как практически снижают потерю напряжения в линии?

5 Перечислите параметры, от которых зависит величина потери напряжения.

6 Чем отличается эдс источника от его напряжения?

7 При каких условиях потеря напряжения в цепи может равняться нулю?

8 Объясните выражение: «коэффициент полезного действия цепи 93 %».

Лабораторная работа № 6

Определение баланса мощностей цепи постоянного тока

Цель: практическим путем проверить баланс мощностей цепи постоянного тока.

Оборудование: омметр, амперметр, вольтметры, резисторы, соединительные провода.

Краткие теоретические сведения

Энергия, вырабатываемая за единицу времени, т. е. скорость преобразования одного вида энергии в другой, называется мощностью Р, Вт.

Следовательно, баланс мощностей можно записать в виде

При проверке баланса мощностей цепи левая и правая части равенства (29) должны быть одинаковы. В расчетах допускается небаланс (погрешность) не более 3%

1 С помощью омметра измерить величины сопротивлений R6 и R7, значения занести в таблицу 6.1. Эти значения останутся постоянными при выполнении двух опытов и имитируют сопротивление линии электропередач, в которой происходит потеря мощности.

Таблица 6.1 — Результаты измерений и расчётов

2 Собрать цепь согласно рисунку 6.1.

R6

Рисунок 6.1 – Схема соединения приборов

3 Изменяя напряжение источника питания, выполнить два измерения тока цепи I и напряжений источника U1 и потребителя U2. Результаты измерений занести в таблицу 6.1.

4 По результатам измерений рассчитать:

-потерю мощности в цепи

; (6.7)

где R6 , R7 – измеренные значения сопротивлений резисторов;

I – измеренное значение силы тока;

-мощности источника Р1 и потребителя Р2

(6.8)

(6.9)

(6.10)

Результаты расчётов занести в таблицу 6.1.

Проверить баланс мощностей

(6.11)

5 Сделать заключение о проверке баланса мощностей.

Содержание отчета

1 Тема и цель занятия.

3 Схема электрической цепи.

4 Таблица результатов измерений и расчетов.

5 Расчетная часть, содержащая формулы и примеры расчета по ним.

6 Вывод о проделанной работе.

Контрольные вопросы

1 Что представляет собой баланс мощностей?

2 Где происходит потеря мощности в электрической цепи и от чего она возникает?

3 Может ли мощность источника равняться мощности потребителя, почему?

4 Как определить КПД электрической цепи?

5 Может ли кпд равняться 100 %, почему?

6 Укажите назначение резисторов R6, R7 в электрической цепи на рисунке 6.1.

7 Поясните, при каких условиях потеря мощности в цепи может равняться нулю?

Лабораторная работа № 7

Проверка законов электромагнитной индукции

Цель: выяснить условия возникновения ЭДС электромагнитной индукции.

Оборудование: гальванометр, катушки индуктивности, постоянные магниты, соединительные провода.

Краткие теоретические сведения

http://physics.kgsu.ru/school/sprav_mat/pic_3/0126r1.gifЭлектромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем 29 августа 1831 года. Он обнаружил, что электродвижущая сила, возникающая в замкнутом проводящем контуре, пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Величина электродвижущей силы (ЭДС) не зависит от того, что является причиной изменения потока — изменение самого магнитного поля или движение контура (или его части) в магнитном поле.

Читайте также:  Переменная плата за мощность

Получить полный текст Подготовиться к ЕГЭ Найти работу Пройти курс Упражнения и тренировки для детей

Рисунок 7.1 – Опыт Фарадея

ЭДС электромагнитной индукции определяется по формуле

Е=В·V·l·sinα (7.1)

где В – магнитная индукция, Тл;

V – скорость движения, м/с;

l – активная длина проводника, м;

sinα – синус угла между проводником и силовыми линиями магнитного поля.

Направление ЭДС электромагнитной индукции в проводнике определяют по правилу правой руки: если ладонь правой руки расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в неё, большой отогнутый палец совпадал с направлением движения проводника, тогда четыре пальца укажут направление ЭДС.

Порядок выполнения работы

В ходе выполнения работы необходимо проверить справедливость формулы ЭДС электромагнитной индукции (7.1).

1 Присоединить к гальванометру катушку (рисунок 7.2).

Ввести магнит в катушку и заметить показания гальванометра. Увеличить число витков катушки путем подключения к ней последовательно еще одной катушки. Повторить опыт и по показанию гальванометра убедиться в зависимости ЭДС от длины проводника l.

Рисунок 7.2 — Схема соединения приборов

2 В катушку с большим числом витков ввести магнит с большой магнитной индукцией, а затем с малой. Сравнить показания гальванометра и сделать вывод о зависимости ЭДС от величины магнитной индукции В.

3 Изменяя скорость введения магнита в катушку, проверить зависимость ЭДС от скорости движения магнитного поля.

Оставив магнит неподвижным, перемещать катушку, изменяя скорость. Убедиться в том, что нет разницы, что двигать — катушку или магнит.

Сделать заключение о зависимости ЭДС от скорости движения V.

4 Для проверки зависимости ЭДС от угла между проводником и линиями магнитной индукции вводить магнит в катушку под углом 90о и параллельно виткам под углом 0о.

5 Сделать заключение о зависимости ЭДС электромагнитной индукции от параметров, входящих в формулу (7.1).

Содержание отчета

1 Тема и цель занятия.

3 Схема соединения приборов.

4 Порядок выполнения работы с пояснением каждого опыта.

6 Вывод о проделанной работе.

Контрольные вопросы

1 Дайте определение электромагнитной индукции.

2 Сформулируйте правило для определения направления эдс электромагнитной индукции.

3 Укажите на практическое использование явления возникновения эдс.

4 Какой должен быть угол между проводником и линиями магнитной индукции для получения максимального и минимального значения эдс?

Источник

Активная мощность в цепи гармонического тока с индуктивностью равна нулю, поэтому ток в такой цепи полезной работы не совершает;

Мгновенная мощность образуется в нуль в точках, где ток и напряжение равны нулю, и достигает максимума в момент времени, когда ток и напряжение максимальны по абсолютному значению. Это означает, что движение энергии в цепи имеет односторонний характер – от источника к резистору.

Мгновенная мощность резистивного элемента всегда положительна, т.к. знаки тока и напряжения в любой момент времени одинаковы.

Среднее значение мощности резистивного элемента за период называется активной мощностью; оно равно произведению действующих значений напряжения и тока:

(3.57)

Активная мощность численно равна постоянной составляющей мгновенной мощности и характеризует среднюю за период скорость потребления энергии от источнике.

Энергия, поступившая в резистивный элемент к произвольному времени t, может быть найдена как интеграл от мощности. Тогда с учетом выражения (3.5) полагая, что энергия, поступившая к моменту времени t = 0, равна , получаем.

Читайте также:  Формула мощности тока для участка цепи

Энергия, поступившая в резистивный элемент в произвольный момент времени является неубывающей функцией времени (рис . 3.21 г), причём в моменты времени, когда мгновенная мощность резистивного элемента принимает нулевые значения, на графике появляется горизонтальный участок. Следовательно, электрическая энергия в цепи гармонического тока с резистивным элементом непрерывно необратимо преобразуется в тепло; эта энергия доставляется в цепь от источника, к которому подключена цепь.

5.2. Индуктивный элемент

Пусть ток, протекающий через индуктивный элемент (рис. 3.24) изменяется по гармоническому закону:

(3.58)

Рисунок 3.24 — Индуктивный элемент

Найдём напряжение на индуктивном элементе. Связь между мгновенными значениями тока и напряжения на индуктивном элементе определяется законом электромагнитной индукции. Подставляя (3.58) в выражение этого закона, получаем:

(3.59)

Анализ выражения (3.59) позволит сделать следующие выводы:

1. При гармоническом внешнем воздействии напряжения на зажимах индуктивного элемента является гармонической функцией времени той же частоты, что и воздействующий то (рис.3.25 а)

(3.60)

Рисунок 3.25 а, б — Временные диаграммы тока и напряжения (а),

мощности и энергии (б) индуктивного элемента

2. Начальная фаза напряжения на 90 о больше начальной фазы тока

(3.61)

3. Действующее значение напряжения на зажимах индуктивного элемента пропорционально действующему значению тока

(3.62)

Комплексный ток и комплексное напряжение определяются выражениями:

(3.63)

(3.64)

Рисунок 3.26 а, б, в — Векторные диаграммы тока и напряжения (а),

Комплексного сопротивления (б) и комплексной проводимости (в)

Они изображаются на комплексной плоскости в виде пары векторов, длины которых в определённом масштабе равны действующим значениям напряжения и тока индуктивного элемента, причём вектор повёрнут относительно вектора на угол против часовой стрелки (рис. 3.26 а)

Используя выражения (3.63) и (3.64), находим комплексное сопротивление и комплексную проводимость индуктивности:

(3.65)

(3.66)

Сравнивая (3.65) и (3.66) с показательной и алгебраической формами записи комплексных сопротивления и проводимости , получаем модули и аргументы вещественную и мнимую части комплексного сопротивления и комплексной проводимости

На комплексной плоскости и изображаются векторами, ориентированными соответственно вдоль положительного или отрицательного направлениям мнимой оси (рис. 3.26 б, в).

Комплексная схема замещения индуктивного элемента приведена на рис. 3.27

Рисунок 3.27 — Комплексная схема замещения индуктивного элемента

Мгновенная мощность индуктивного элемента при гармоническом воздействии изменяется по гармоническому закону с частотой равной (рис 3.25 б):

(3.67)

В связи с тем, что в индуктивном элементе отсутствует преобразование электрической энергии в другие виды энергии, его активная мощность равна нулю:

(3.68)

Энергия , запасённая в магнитном поле индуктивного элемента, определяется мгновенным значением тока:

(3.69)

Мгновенная энергия индуктивного элемента содержит постоянную и переменную составляющие, причём переменная составляющая изменяется во времени по гармоническому закону с частотой (рис. 3.26 в).

Из полученных соотношений (3.67) – (3.69) и графиков, изображённых на рис. 3.25 можно сделать выводы о характере движения энергии в цепи синусоидального тока с индуктивностью:

1. В цепи с индуктивностью энергетический процесс заключается в колебании энергии между цепью и источником без её необратимых преобразований в другие виды энергии; в течении первой четверти периода с ростом тока энергии от источника питания поступает в цепь, запасаясь в магнитном поле индуктивного элемента, в следующую четверть периода энергия магнитного поля по мере убывания значений тока убывает, полностью возвращаясь к источнику питания, и далее процесс повторяется;

2. Максимум энергии, накопленной в индуктивном элементе, совпадает с максимумом тока и определяется при заданной индуктивности амплитудой тока (3.69).

Источник