Расчет активной мощности в трехфазной сети

Мощность трёхфазного тока: формулы и методы измерений

Электрическая энергия на все объекты изначально поступает через трехфазную сеть. В частные дома она может заводиться напрямую, а в многоквартирном доме доходит лишь до вводного распределительного устройства. Далее по квартирам расходятся уже однофазные линии. В любом случае потребуется выполнить расчет мощности трехфазной сети, чтобы заранее определить ее способность выдерживать запланированные нагрузки по току. Для того чтобы сделать правильные вычисления, нужно знать особенности таких сетей. Все необходимые расчеты выполняются вручную при помощи формул или с использованием онлайн-калькулятора.

Специфика и особенности трехфазных сетей

Трехфазные электрические сети наиболее эффективно передают ток через промежуточные звенья, вплоть до потребителя. В процессе доставки потери энергии минимальны.

Наличие трехфазной сети в квартире или частном доме очень легко определить. Для этого нужно просто заглянуть в щиток и посчитать количество проводов. Если в наличии 2 или 3 проводника, значит сеть однофазная. В ней два провода являются фазой и нулем. При наличии заземления может быть третий провод. В трехфазных сетях проводов больше на два из-за двух дополнительных фаз. При отсутствии заземления – их всего четыре, а при наличии заземляющего контура – пять.

Расчет мощности трехфазной сети

Эту же задачу можно решить и с помощью вводного автоматического выключателя. К нему также подводится определенное количество проводов, подключаемых в соответствующие клеммы.

В процессе эксплуатации трехфазной сети велика вероятность неравномерного распределения нагрузки по отдельным фазам. Если к одной из них будет подключено только мощное оборудование, а к другим – обычные бытовые приборы, в этом случае может возникнуть ситуация, называемая перекосом фаз. В результате асимметрии тока и напряжения, отдельные потребители могут выйти из строя. Во избежание негативных последствий, нагрузка должна быть равномерно спланирована еще на стадии проектирования и выполнен расчет мощности трехфазной сети.

Как определить мощность электродвигателя?

Для того чтобы выполнить расчёт понадобятся измерительные инструменты и справочная информация. Итак, существуют варианты определения мощности электродвигателя:

  • по току. Подаём питание на асинхронный электродвигатель. Поочередно делаем замеры тока в каждой обвивке амперметром. В итоге среднее значение тока умножается на напряжение и получается потребляемая мощность электродвигателя;
  • по размерам. Замеряем диаметр и длину сердечника статора. Узнаем частоту оборотов вала. Далее, производим приближённый расчёт «постоянной» по формуле:

3,14•D•n/(120•f).

На основе расчёта находим в справочнике константу. Вычисляем

P = C•D²•l•n•10^(-6);

  • по тяговой силе. Измеряем скорость оборотов вала с помощью тахометра, радиус вала обычной линейкой, тяговое усилие движка динамометром. Для расчёта все найденные значения перемножаем

P =Mw= F•2•3,14•nr.

На основе этих математических выражений можно сделать вывод, что асинхронные двигатели могут иметь одинаковую мощность, но различаться по частоте вращения вала, что существенно влияет на его габариты. Рассмотрим также смысл использования регуляторов мощности.

Расчет мощности потребителей

В первую очередь нужно заранее установить объемы потребляемой электроэнергии. Для этого суммируется мощность всех потребителей, находящихся в доме. Сюда входит мощное оборудование, обычная бытовая техника и осветительные приборы. У некоторых хозяев этот список может быть дополнен теплыми электрическими полами.

Все необходимы сведения можно посмотреть в техническом паспорте, который прилагается к каждому устройству. На некоторые приборы наносится соответствующая маркировка. Вначале идут самые мощные агрегаты и далее – все остальное оборудование, по мере уменьшения мощности.

Для вычислений берется стиральная машина-автомат, мощностью 2600 Вт, электрический водонагреватель – 1900 Вт, утюг – 1500 Вт, пылесос – 1000 Вт, микроволновка – 800 Вт, компьютер и оргтехника – 600 Вт, осветительные приборы (с лампами эконом) – 400 Вт, холодильник – 300 Вт, телевизор – 100 Вт. Итоговый результат получился 9200 Вт и его необходимо перевести в киловатты. Для этого 9200 Вт делится на 1000, получается 9,2 кВт, что и будет расчетным потреблением электроэнергии.

Читайте также:
Особенности домашней химчистки мебели, способы, частота проведения

С данной мощностью может справиться и одна фаза, однако в частных домах устанавливается более мощное оборудование, для работы которого лучше пользоваться сетями 380в. В этом случае гарантируется бесперебойное функционирование отопительных и водонагревательных котлов, насосов, электродвигателей и других агрегатов.

Расчет тока электродвигателя

Расчет номинального и пускового тока электродвигателя по мощности можно произвести с помощью нашего онлайн калькулятора:

Расчет номинального тока двигателя производится по следующей формуле:

Iном=P/√3Ucosφη

  • P — Номинальная мощность электродвигателя (берется из паспортных данных электродвигателялибо определяется рассчетным путем);
  • U — Номинальное напряжение (напряжение на которое подключается электродвигатель);
  • cosφ Коэффициент мощности — отношение активной мощности к полной (принимается от 0,75 до 0,9 в зависимости от мощности электродвигателя);
  • η — Коэффициент полезного действия — отношение электрической мощности потребляемой электродвигателем из сети к механической мощности на валу двигателя (принимается от 0,7 до 0,85 в зависимости от мощности электродвигателя);

Расчет пускового тока электродвигателя производится по формуле:

Iпуск=Iном*K

  • К — Кратность пускового тока, данная величина берется из паспорта электродвигателя, либо из каталожных данных (в приведенном выше онлайн калькуляторы кратность пускового тока определяется приблизительно исходя из прочих указанных характеристик электродвигателя).

Измерение мощности ваттметром

Мощность потребления трехфазного тока измеряют, используя ваттметры. Это может быть специальный ваттметр, для 3-х фазной сети, либо однофазный, включенный по определенной схеме. Современные приборы учета электроэнергии часто выполняются по цифровой схемотехнике. Такие конструкции отличаются высокой точностью измерений, большими возможностями оперирования с входными и выходными данными.

  • Соединение «звезда» с нулевым проводником и симметричная нагрузка – измерительный прибор подключается к одной из линий, считанные показания умножаются на три.
  • Несимметричное потребление тока в соединении «звезда» – три ваттметра в цепи каждой фазы. Показания ваттметров суммируются;
  • Любая нагрузка и соединение «треугольник» – два ваттметра, подключенных в цепь любых двух нагрузок. Показания ваттметров также суммируются.

На практике всегда стараются выполнить нагрузку симметричной. Это, во-первых, улучшает параметры сети, во-вторых, упрощает учет электрической энергии.

Какие бывают виды регуляторов?

Существует два вида регуляторов, доступных на сегодняшнем рынке:

  • на переменном резисторе,
  • электронный (шаговый и подвижный).

Все они обладают разными способами управления скоростью вращения и, посему, эффективность (потребление электроэнергии) у каждого вида отличается. С этой точки зрения, классический регулятор – самый дешевый, но неэффективный. Давайте рассмотрим все три типа.

Электронный регулятор

Электронные – это новейшие типы из доступных регуляторов на рынке. Они намного меньше по размерам, чем другие. Для понижения напряжения в них используются вместо резисторов конденсаторы, которые регулируя скорость вращения, управляют сигналом электропитания. В отличие от реостатов не нагреваются и, значит, экономят электроэнергию, когда мотор работает на малых скоростях.

Регуляторы способны сэкономить до 40% на «1» скорости и около 30% на «2-й» скорости по сравнению со своими резисторными аналогами. Существуют электронные разновидности регуляторов:

  1. подвижные с плавным регулированием.
  1. шаговые с пронумерованной скоростью действия (обычно от 1 до 5).

Эти устройства обеспечивают низкий уровень искажений движения мотора и, следовательно, меньше нагреваются. Вариант с лучшей технологией и экономией электричества.

Трёхфазная сеть напряжением 380 В

При трёхфазном электроснабжении сила тока I (в амперах, А) вычисляется по формуле:

где P -потребляемая мощность, Вт;

Читайте также:
Работы по армированию ростверка

U — напряжение в сети, В,

так как напряжение при трёхфазной схеме электроснабжения 380 В, формула примет вид:

В случае подведения к дому трёхфазного электроснабжения напряжением 380 В схема подключения будет выглядеть следующим образом.

Сечение жил в питающем кабеле при различной нагрузке при трёхфазной схеме напряжением 380 В для скрытой проводки представлена в таблице.

Сечение жилы провода, мм2Диаметр жилы проводника, ммМедные жилыАлюминиевые жилы
Ток, АМощность, ВтТок, АМощность, кВт
0,500,8062250
0,750,98103800
1,001,13145300
1,501,38155700103800
2,001,60197200145300
2,501,78217900166000
4,002,262710000217900
6,002,763412000269800
10,003,5750190003814000
16,004,5180300005520000
25,005,64100380006524000

Для расчёта тока в цепях питания нагрузки, характеризующейся большой реактивной полной мощностью, что характерно применению электроснабжения в промышленности:

  • электрические двигатели;
  • дроссели приборов освещения;
  • сварочные трансформаторы,;
  • индукционные печи.

При расчётах необходимо учитывать это явление. В мощных приборах и оборудовании доля реактивной нагрузки выше и поэтому для таких приборов в расчетах коэффициент мощности принимают равным 0,8.

На практике принято считать, что при подсчёте электрических нагрузок для бытовых целей запас мощности принимают 5%. В случае расчёта электрических сетей для промышленного производства запас мощности принимают 20%.

Характеристики трехфазной системы

Трехфазные цепи как правило соединяются двумя основными способами — звездой (рис. 1) и треугольником, который будет рассмотрен ниже. На всех схемах для более удобного пользования фазы обозначаются символами А, В, С или U, V, W.

При использовании схемы «звезда» (рис. 1), значение суммарного напряжения в точке пересечения фаз N является равным нулю. В этом случае , по сравнению с однофазным, будет обладать постоянной мощностью. Данное положение указывает на уравновешенность трехфазной системы, а мгновенная полная мощность будет выражена в виде формулы:

Соединение звездой характеризуется двумя видами (рис. 3). В первом случае напряжение определяется между одной из фаз и нулевой точной пересечения N. Линейное напряжение соответствует напряжению, существующему между самими фазами.

Таким образом, значение полной мощности для соединения звездой отображается следующей формулой:

Советуем изучить — Повышение надежности электрических контактов

Однако следует учитывать разницу между линейным и фазным напряжением, составляющую √3. Поэтому считать необходимо сумму мощностей всех фаз. Для расчетов активной мощности применяется формула

Р = 3 х U ф х I ф х cos
φ
,
а для реактивной
— Р = √3 х U л х I ф х cos
φ
.

Другим распространенным способом фазного соединения считается «треугольник».

Данный вид соединения предполагает одинаковое значение фазного (U ф) и линейного (U л) напряжения. Соотношение между фазными и линейными токами определяется в виде формулы

I = √3 х I ф, в соответствии с которой
значение фазного тока составит
I ф = I х √3.

Таким образом, мощности линейных величин при данном способе соединения будут выражаться с помощью следующих формул:

  • Полная мощность: S = 3 х S ф = √3 х U х I;
  • Активная мощность: Р = √3 х U х I х cosφ;
  • Реактивная мощность: Q = √3 х U х I х sinφ.

На первый взгляд формулы мощности для каждого вида соединений кажутся одинаковыми. При отсутствии достаточных знаний и опыта, это может привести к неправильным выводам. Чтобы избежать подобных ошибок, следует рассмотреть пример типового расчета.

Расчет мощности трехфазной сети

Электрическая энергия на все объекты изначально поступает через трехфазную сеть. В частные дома она может заводиться напрямую, а в многоквартирном доме доходит лишь до вводного распределительного устройства. Далее по квартирам расходятся уже однофазные линии. В любом случае потребуется выполнить расчет мощности трехфазной сети, чтобы заранее определить ее способность выдерживать запланированные нагрузки по току. Для того чтобы сделать правильные вычисления, нужно знать особенности таких сетей. Все необходимые расчеты выполняются вручную при помощи формул или с использованием онлайн-калькулятора.

Читайте также:
Плитка Vives: новые коллекции

Специфика и особенности трехфазных сетей

Трехфазные электрические сети наиболее эффективно передают ток через промежуточные звенья, вплоть до потребителя. В процессе доставки потери энергии минимальны.

Расчет мощности трехфазной сети

Наличие трехфазной сети в квартире или частном доме очень легко определить. Для этого нужно просто заглянуть в щиток и посчитать количество проводов. Если в наличии 2 или 3 проводника, значит сеть однофазная. В ней два провода являются фазой и нулем. При наличии заземления может быть третий провод. В трехфазных сетях проводов больше на два из-за двух дополнительных фаз. При отсутствии заземления – их всего четыре, а при наличии заземляющего контура – пять.

Эту же задачу можно решить и с помощью вводного автоматического выключателя. К нему также подводится определенное количество проводов, подключаемых в соответствующие клеммы.

В процессе эксплуатации трехфазной сети велика вероятность неравномерного распределения нагрузки по отдельным фазам. Если к одной из них будет подключено только мощное оборудование, а к другим – обычные бытовые приборы, в этом случае может возникнуть ситуация, называемая перекосом фаз. В результате асимметрии тока и напряжения, отдельные потребители могут выйти из строя. Во избежание негативных последствий, нагрузка должна быть равномерно спланирована еще на стадии проектирования и выполнен расчет мощности трехфазной сети.

Трехфазная сеть, по сравнению с однофазной, отличается большим количеством кабельно-проводниковой продукции, автоматов и других устройств. К ней подключается специфическое трёхфазное оборудование Суммарная мощность будет выше ровно в три раза. Значение мощности рассчитывается по току и напряжению с использованием формул.

Расчет мощности потребителей

В первую очередь нужно заранее установить объемы потребляемой электроэнергии. Для этого суммируется мощность всех потребителей, находящихся в доме. Сюда входит мощное оборудование, обычная бытовая техника и осветительные приборы. У некоторых хозяев этот список может быть дополнен теплыми электрическими полами.

Все необходимы сведения можно посмотреть в техническом паспорте, который прилагается к каждому устройству. На некоторые приборы наносится соответствующая маркировка. Вначале идут самые мощные агрегаты и далее – все остальное оборудование, по мере уменьшения мощности.

Для вычислений берется стиральная машина-автомат, мощностью 2600 Вт, электрический водонагреватель – 1900 Вт, утюг – 1500 Вт, пылесос – 1000 Вт, микроволновка – 800 Вт, компьютер и оргтехника – 600 Вт, осветительные приборы (с лампами эконом) – 400 Вт, холодильник – 300 Вт, телевизор – 100 Вт. Итоговый результат получился 9200 Вт и его необходимо перевести в киловатты. Для этого 9200 Вт делится на 1000, получается 9,2 кВт, что и будет расчетным потреблением электроэнергии.

С данной мощностью может справиться и одна фаза, однако в частных домах устанавливается более мощное оборудование, для работы которого лучше пользоваться сетями 380в. В этом случае гарантируется бесперебойное функционирование отопительных и водонагревательных котлов, насосов, электродвигателей и других агрегатов.

Как рассчитать трехфазную сеть

В качестве примера можно взять некие производственные площади с установленным оборудованием и по этим исходным данным делать расчет мощности трехфазного тока.

В каждом станке используется электродвигатель. Их общая мощность Ру1 составляет 50 кВт, с учетом активной мощности. Кроме того, в помещении установлены осветительные приборы общей мощностью (Ру2) – 3 кВт. Символ Ру обозначает величину установленной суммарной мощности для конкретных групп потребителей. Работа оборудования осуществляется от трехфазной сети с 4 проводами и номинальным напряжением 380 В.

Читайте также:
Расчет экономии энергосберегающей лампы

Кроме того, при расчетах учитывается коэффициент спроса Кс, действующий в режиме максимальной нагрузки. Он учитывает наивысшее количество включений потребителей данной группы. Для электродвигателей Кс1 берется с учетом величины их загруженности и составляет 0,35. Для приборов освещения Кс2 составляет 0,9. Все потребители выравниваются усредненным коэффициентом мощности cos φ = 0,75.

Расчеты начинаются с определения силовой нагрузки Р1 = 0,35 х 50 = 17,5 кВт. Далее рассчитывается осветительная нагрузка Р2 = 0,9 х 3 = 2,7 кВт. Таким образом, величина полной расчетной нагрузки составит Р = Р1 + Р2 = 17,5 + 2,7 = 20,2 кВт.

Для определения и расчета тока используется формула I = (1000 x P)/(1,73 x Uн x cos φ), в которой Р является расчетной мощностью потребителей, Uн – номинальным напряжением 380 вольт, cos φ – коэффициентом мощности.

Подставив нужные значения, находим значение силы и мощности по току: I = (1000 x 20,2)/(1,73 x 380 x 0,75) = 41 А. Полученный результат дает возможность узнать, сможет ли сеть обеспечить нормальную работу потребителей.

Использование калькулятора для расчета мощности

Онлайн-калькулятор существенно ускоряет проведение расчетов мощности в трехфазной сети. Для этого должны быть заранее известны мощность и характер нагрузки – активной и реактивной, сетевое напряжение, а также тип сети – одно- или трехфазный. Все параметры рассчитываются по формулам и методикам, приведенным выше. Достаточно всего лишь вставить в окна необходимые данные и нажать кнопку «Рассчитать ток». В окне с обозначением тока в А появится искомый результат, показывающий величину тока по мощности.

Расчет мощности трехфазной сети

Счетчик электроэнергии

Трёхфазное или однофазное подключение

В зависимости от того, какой тип подключения используют, определение потребляемой мощности производится по-разному.

В однофазной сети потребляемая энергия считается по простейшей формуле:

где cosϕ – коэффициент мощности, характеризующий сдвиг фаз между током и напряжением в реактивной нагрузке.

Мощность 3 х фазной сети является суммой потребления по каждой фазе в отдельности. Формула мощности 3 х фазного тока имеет следующий вид:

Pобщ=Uа∙Iа∙cosϕа+ Ub∙Ib∙cosϕb+ Uc∙Ic∙cosϕc,

где U, I, cosϕ – напряжение, сила тока и коэффициент мощности в каждой фазе, соответственно.

К сведению. Видно, что в общем случае трехфазное соединение требует большее количество приборов учета.

Иногда посчитать потребление энергии можно по упрощенному варианту. При симметричном потреблении, например, при подключении асинхронного двигателя, токи потребления одинаковы, и формула принимает следующий вид:

где:

  • Uф, Iф – фазные напряжение и ток;
  • Uл, Iл – линейные напряжение и ток.

Асинхронный двигатель

Характеристики трехфазной системы

Трехфазная система электропитания характеризуется несколькими значениями напряжения и тока. Все зависит от того, между какими точками схемы производятся измерения:

  • между фазным проводом и нейтралью – фазное напряжение Uф;
  • между отдельными фазами – линейное Uл.

Соотношение между данными параметрами:

При симметричном распределении нагрузки токи во всех проводах равны. В четырехпроводной схеме (с заземленным нулем) ток в нулевом проводнике отсутствует, поэтому даже при обрыве нуля сеть продолжает нормально функционировать.

В том случае, когда потребление энергии по фазам различается, в нейтральном проводе протекает некоторый ток. Полный обрыв нейтрального проводника вызывает перекос фаз, поэтому напряжение на проводах может измениться в диапазоне от нуля до линейного.

Последствия увеличения сопротивления нейтрали

Реактивный характер нагрузки учитывается коэффициентом мощности cosϕ. Данная величина пришла из теории комплексных чисел, которые используются, когда необходимо рассчитать параметры цепей переменного тока. В случае активной нагрузки cosϕ=1, но, чем более реактивный характер имеют потребители, тем больше коэффициент уменьшается, показывая, как снижается реальная мощность относительно полной.

Читайте также:
Ручка пластикового окна: как снять, разобрать, отрегулировать и самостоятельно поменять, а также как открывать без рукояти и что делать, если туго поворачивается?

Важно! Поэтому для правильного расчета и уменьшения нагрузки на генераторное оборудование в реактивных цепях устанавливают корректоры коэффициента мощности. Цепи с корректором приближают коэффициент cosϕ к единице.

Пример расчёта мощностных показателей

Наиболее простым примером может считаться расчет потребления энергии симметричной нагрузкой. Сколько будет потреблять электроэнергии трехфазный асинхронный двигатель, подключенный в сеть с линейным напряжением 380 В, и потребляющий ток 10 А по каждой фазе? Коэффициент мощности cosϕ=0.76. Тогда потребляемая мощность равна:

Более сложный расчет бытовой сети:

  • Фазное напряжение – 220 В;
  • Потребление по линиям – 10 А, 5 А, 2 А;
  • Первые две фазы подключены к активной нагрузке (электроплита, чайник);
  • Третья нагружена на люминесцентные светильники с cosϕ=0,5.

Pобщ=Uа∙Iа∙cosϕа+ Ub∙Ib∙cosϕb+ Uc∙Ic∙cosϕc=220∙10+220∙5+220∙2∙0,5=3520 ВА.

Используя онлайн калькулятор расчетов, можно избавиться от большинства ошибок и сократить время вычислений. Требуется лишь правильно ввести данные по текущим параметрам

Измерение мощности ваттметром

Мощность потребления трехфазного тока измеряют, используя ваттметры. Это может быть специальный ваттметр, для 3-х фазной сети, либо однофазный, включенный по определенной схеме. Современные приборы учета электроэнергии часто выполняются по цифровой схемотехнике. Такие конструкции отличаются высокой точностью измерений, большими возможностями оперирования с входными и выходными данными.

Трехфазный цифровой ваттметр

Варианты измерений:

  • Соединение «звезда» с нулевым проводником и симметричная нагрузка – измерительный прибор подключается к одной из линий, считанные показания умножаются на три.
  • Несимметричное потребление тока в соединении «звезда» – три ваттметра в цепи каждой фазы. Показания ваттметров суммируются;
  • Любая нагрузка и соединение «треугольник» – два ваттметра, подключенных в цепь любых двух нагрузок. Показания ваттметров также суммируются.

Схемы измерения

На практике всегда стараются выполнить нагрузку симметричной. Это, во-первых, улучшает параметры сети, во-вторых, упрощает учет электрической энергии.

Видео

Формула для расчета мощности трехфазной сети

Суббота, вечер. Затеял стирку, запустил стиральную машинку. Попутно решил пропылесосить, заодно включил электрочайник, чтоб после выпить чаю. И свет погас, оставив квартиру в кромешной тьме. Знакомая картина? Чтобы такого не произошло, нужно знать, как рассчитать нагрузку на сеть, зная мощность электрического тока.

Особенности трехфазной системы

Для оборудования электричеством жилых домов и квартир используют два вида схем:

  • однофазная;
  • трехфазная.

Электросеть от электростанций выходит с 3 фазами, попадает к домам в таком же виде, далее разветвляется на отдельные фазы.

Этот способ передачи электроэнергии считается экономичным, потому что уменьшает потери при транспортировке.

Как выяснить свою схему

Узнать количество фаз у себя в доме или квартире легко, для этого нужно открыть распределительный щиток и посчитать провода, по которым ток поступает в квартиру.

При однофазной сети количество проводов будет 2: фаза, ноль.

Иногда встречается 3 провод-заземление. В трехфазной системе проводов 4: 3 фазы, ноль. Провод заземления также может быть добавлен.

2 популярных способа соединения трехфазной системы:

Схема “Треугольник”

Каждая фаза соединяется с соседними. Сила тока от источника фазная, между собой-линейная.

Схема “Звезда”

Фазы соединяются в одной точке. В этой точке суммарное напряжение будет равно 0. Сила тока только фазная, а напряжение может варьироваться от линейного до фазного. Что это дает пользователю? Линейное напряжение в квартире 380 В, а фазовое-220 В.

Большинство приборов работают при напряжении 220 В, но некоторые приборы нуждаются в большем напряжении: старые электроплиты, мощные обогреватели и котлы, электроинструмент промышленного назначения.

Благодаря такой схеме любой прибор будет работать без проблем.

Читайте также:
Ремонт стен в старом деревянном доме своими руками: фото, как укрепить брусчатые и бревенчатые стены

Свойства трехфазной цепи

Трехфазная сеть имеет ряд преимуществ:

  • уменьшает потери при транспортировке электричества на дальние расстояния;
  • кабели и оборудование имеют меньший расход чем у монофазной сети;
  • энергосистема сбалансирована;
  • в системе для работы присутствуют сразу 2 формы напряжения: линейное 380 В и фазное 220 В.

Расчет

Вычисление мощности трехфазной системы дело затруднительное, потому что в сети ток не постоянный, а переменный.

При постоянном токе мощность рассчитывается путем умножения напряжения и силы тока. При переменном токе все величины нестабильны из-за наличия нескольких фаз. Также имеет значение способ соединения. При однофазной системе мощность рассчитывается также путем умножения напряжения и силы тока, но с учетом коэффициента мощности-cos, который характеризует сдвиг фаз при реактивной нагрузке между напряжением и током.

Вычисление происходит по следующей формуле полной расчета мощности по току в трехфазной сети:

Pобщ=Uа∙Iа∙cosа+ Ub∙Ib∙cosb+ Uc∙Ic∙cosc

где U-напряжение, I-сила тока, cos-коэффициент мощности, a, b и c-фазы.

Измерение мощности в трехфазных цепях проводят прибором-ваттметр.

При симметричной нагрузке измеряют только одну фазу и результат измерения умножают на 3. При замере сразу 3 фаз потребуется 3 прибора. При отсутствии фазы “ноль” измерение проводится 2 приборами и расчет мощности рассчитывается по 1 закону Кирхгофа:

Ia+Ib+Ic=0

Сумма показаний двух ваттметров даст показатель мощности трехфазной цепи.

Узнаем потребляемую мощность электричества

Как высчитать мощность и для чего это необходимо?

Знание предельной потребляемой мощности позволит организовать правильно электроснабжение квартиры или домовладения.

Чтобы ее вычислить, необходимо подсчитать мощность потребления у однофазных приборов и изучить устройства-трехфазники. Параметры указываются в технических паспортах изделий или в техническом справочнике. Зная эти параметры и используя формулу вычисления мощности, определяется сила тока в трехфазной системе, которая дает нагрузку на электропроводку.

С помощью полученной информации подбираются предохранители и провода, которые будут применяться при прокладке внутренней электросети.

Рассчитываем мощность трехфазной сети

Для удобства и скорых вычислений существуют онлайн сервисы с калькуляторами, в которых можно быстро посчитать мощность сети, введя известные пользователю показатели.

Полезное видео по теме:

Мощность трехфазной сети

В цепи постоянного тока мощность определяется довольно просто – это произведение тока и напряжения. Они не изменяются во времени и есть постоянной величиной, соответственно и мощность является постоянной, то есть система уравновешена.

С сетями переменного напряжения все гораздо сложнее. Они бывают однофазные, двухфазные, трехфазные и т.д. Наибольшее распространение получили однофазные и трехфазные сети в силу своего удобства и наименьших затрат.

Рассмотрим трехфазную систему питания

Такие цепи, могут соединяться в звезду или в треугольник. Для удобства чтение схем и во избежание ошибок фазы принято обозначать U, V, W или А, В, С.

Схема соединения звезда:

Схема соединения фаз в звезду

Для соединения звездой суммарное напряжение в точке N равно нулю. Мощность трехфазного тока в данном случае тоже будет постоянной величиной, в отличии от однофазного. Это значит что трехфазная система уравновешена, в отличии от однофазной, то есть мощность трехфазной сети постоянна. Мгновенно значение полной трехфазной мощности будет равно:

В данном типе соединения присутствуют два вида напряжения – фазное и линейное. Фазное – это напряжение между фазой и нулевой точкой N:

Документ2

Фазное напряжение в цепи

Линейное – между фазами:

Линейное напряжение

Поэтому полная мощность трехфазной сети для такого типа соединения будет равна:

Но поскольку линейное и фазное напряжение отличаются между собой в , но считается сумма фазовых мощностей. При расчете трехфазных цепей такого типа принято пользоваться формулой:

Читайте также:
Плитка в ванной комнате: стиль дизайна, разновидности и рекомендации подбора цветовой гаммы при укладке

Соответственно для активной:

Схема соединения в треугольник

Схема соединения обмоток в треугольник

Схема соединения обмоток в треугольник

Как видим при таком виде соединения, фазное и линейное напряжение равны, из чего следует, что мощность для соединения в треугольник равна:

Измерение мощности

Измерение активной мощности в сетях производится с помощью ваттметра

Цифровой ваттметр Аналоговый ваттметр

В зависимости от схемы соединения нагрузки и его характера (симметричная или несимметричная) схемы подключения приборов могут разниться. Рассмотрим случай с симметричной нагрузкой:

Документ5

Схема включения ваттметра при симметричной нагрузке

Здесь измерение проводится всего лишь в одной фазе и далее согласно формуле умножается на три. Этот способ позволяет сэкономить на приборах и уменьшить габариты измерительной установки. Применяется, когда не нужна большая точность измерения в каждой фазе.

Измерение при несимметричной нагрузке:

Документ6

Схема включения ваттметра при несимметричной нагрузке

Этот способ более точный, так как позволяет измерить мощность каждой фазы, но это требует трех приборов, больших габаритных размеров установки и обработки показаний с трех приборов.

Измерении в цепи без нулевого проводника:

Документ7

Схема включения ваттметра при отсутствии нулевого провода

Эта схема требует двух приборов. Этот способ основывается на первом законе Кирхгофа

IA+IB+IC=0. Из этого следует, что сумма показаний двух ваттметров равна трехфазной мощности этой цепи. Ниже показана векторная диаграмма для данного случая:

DL

Векторная диаграмма включения двух ваттметров при различных видах нагрузки

Мы можем сделать вывод, что показания приборов зависят не только от величины, но еще и от характера нагрузки.

Из диаграммы следует, что мы можем определить показание приборов аналитически:

Проанализировав полученный результат можем сделать вывод что, при преобладании активной нагрузки (φ=0) результаты измерения ваттметров тождественны (W1=W2). При активной и индуктивной (R-L) показания W1 меньше чем W2 (W12), при φ>60 0 показания W1 вообще отрицательные (W1<0).

При современном развитии техники появились цифровые ваттметры. Они в отличии от аналоговых меньше в размерах, гораздо легче и менее габаритны. Более того цифровые ваттметры могут фиксировать ток, напряжение, измерять cosφ в сети и другое. Они позволяют в режиме реального времени отслеживать различные величины и выдавать предупреждения при их отклонении. Это очень удобно и не требуется проводить измерения тока, напряжения, а потом математически это все высчитывать. Цифровой ваттметр заключен в корпус и подключается (для бытовых потребителей) самым обычным способом – как и обычный потребитель — втыканием вилки в розетку.

Активная мощность цепи переменного тока

Мощностные характеристики установки или сети являются основными для большинства известных электрических приборов. Активная мощность (проходящая, потребляема) характеризует часть полной мощности, которая передается за определенный период частоты переменного тока.

Определение

Активная и реактивная мощность может быть только у переменного тока, т. к. характеристики сети (силы тока и напряжения) у постоянного всегда равны. Единица измерений активной мощности Ватт, в то время, как реактивной – реактивный вольтампер и килоВАР (кВАР). Стоит отметить, что как полная, так и активная характеристики могут измеряться в кВт и кВА, это зависит от параметров конкретного устройства и сети. В промышленных цепях чаще всего измеряется в килоВаттах.

Соотношение энергий

Соотношение энергий

Электротехника используется активную составляющую в качестве измерения передачи энергии отдельными электрическими приборами. Рассмотрим, сколько мощности потребляют некоторые из них:

ПриборМощность бытовых приборов, Вт/час
Зарядное устройство2
Люминесцентная лампа ДРЛОт 50
Акустическая система30
Электрический чайник1500
Стиральной машины2500
Полуавтоматический инвертор3500
Мойка высокого давления3500

Исходя из всего, сказанного выше, активная мощность – это положительная характеристика конкретной электрической цепи, которая является одним из основных параметров для выбора электрических приборов и контроля расхода электричества.

Читайте также:
Нужна ли топогеодезическая съемка?

Генерация активной составляющей

Генерация активной составляющей

Обозначение реактивной составляющей:

Это номинальная величина, которая характеризует нагрузки в электрических устройствах при помощи колебаний ЭМП и потери при работе прибора. Иными словами, передаваемая энергия переходит на определенный реактивный преобразователь (это конденсатор, диодный мост и т. д.) и проявляется только в том случае, если система включает в себя эту составляющую.

Расчет

Для выяснения показателя активной мощности, необходимо знать полную мощность, для её вычисления используется следующая формула:

S = U I, где U – это напряжение сети, а I – это сила тока сети.

Этот же расчет выполняется при вычислении уровня передачи энергии катушки при симметричном подключении. Схема имеет следующий вид:

Схема симметричной нагрузки

Схема симметричной нагрузки

Расчет активной мощности учитывает угол сдвига фаз или коэффициент (cos φ), тогда:

Очень важным фактором является то, что эта электрическая величина может быть как положительной, так и отрицательной. Это зависит от того, какие характеристики имеет cos φ. Если у синусоидального тока угол сдвига фаз находится в пределах от 0 до 90 градусов, то активная мощность положительная, если от 0 до -90 – то отрицательная. Правило действительно только для синхронного (синусоидального) тока (применяемого для работы асинхронного двигателя, станочного оборудования).

Также одной из характерных особенностей этой характеристики является то, что в трехфазной цепи (к примеру, трансформатора или генератора), на выходе активный показатель полностью вырабатывается.

Расчет трехфазной сети

Расчет трехфазной сети

Максимальная и активная обозначается P, реактивная мощность – Q.

Из-за того, что реактивная обуславливается движением и энергией магнитного поля, её формула (с учетом угла сдвига фаз) имеет следующий вид:

Для несинусоидального тока очень сложно подобрать стандартные параметры сети. Для определения нужных характеристик с целью вычисления активной и реактивной мощности используются различные измерительные устройства. Это вольтметр, амперметр и прочие. Исходя от уровня нагрузки, подбирается нужная формула.

Из-за того, что реактивная и активная характеристики связаны с полной мощностью, их соотношение (баланс) имеет следующий вид:

S = √P 2 + Q 2 , и все это равняется U*I .

Но если ток проходит непосредственно по реактивному сопротивлению. То потерь в сети не возникает. Это обуславливает индуктивная индуктивная составляющая – С и сопротивление – L. Эти показатели рассчитываются по формулам:

Сопротивление индуктивности: xL = ωL = 2πfL,

Сопротивление емкости: хc = 1/(ωC) = 1/(2πfC).

Для определения соотношения активной и реактивной мощности используется специальный коэффициент. Это очень важный параметр, по которому можно определить, какая часть энергии используется не по назначению или «теряется» при работе устройства.

При наличии в сети активной реактивной составляющей обязательно должен рассчитываться коэффициент мощности. Эта величина не имеет единиц измерения, она характеризует конкретного потребителя тока, если электрическая система содержит реактивные элементы. С помощью этого показателя становится понятным, в каком направлении и как сдвигается энергия относительно напряжения сети. Для этого понадобится диаграмма треугольников напряжений:

Диаграмма треугольников напряжений

К примеру, при наличии конденсатора формула коэффициента имеет следующий вид:

Для получения максимально точных результатов рекомендуется не округлять полученные данные.

Компенсация

Учитывая, что при резонансе токов реактивная мощность равняется 0:

Q = QL — QC = ULI – UCI

Для того чтобы улучшить качество работы определенного устройства применяются специальные приборы, минимизирующие воздействие потерь на сеть. В частности, это ИБП. В данном приборе не нуждаются электрические потребители со встроенным аккумулятором (к примеру, ноутбуки или портативные устройства), но для большинства остальных источник бесперебойного питания является необходимым.

Читайте также:
Паркет Tarkett: трехполосные модели, отзывы о производителе

При установке такого источника можно не только установить негативные последствия потерь, но и уменьшить траты на оплату электричества. Специалисты доказали, что в среднем, ИБП поможет экономить от 20 % до 50 %. Почему это происходит:

  1. Значительно уменьшается нагрузка силовых трансформаторов;
  2. Провода меньше нагреваются, это не только положительно влияет на их работу, но и повышает безопасность;
  3. У сигнальных и радиоустройств уменьшаются помехи;
  4. На порядок уменьшаются гармоники в электрической сети.

В некоторых случаях специалисты используют не полноценные ИБП, а специальные компенсирующие конденсаторы. Они подходят для бытового использования, доступны и продаются в каждом электротехническом магазине. Для расчета планируемой и полученной экономии можно использовать все вышеперечисленные формулы.

Формула расчёта тока по мощности трехфазной сети.

Америка, Европа, Азия, Африка: где бы вы не находились, в 99% случаев увидите, что электроэнергия передается по 3-ем высоковольтным лебам (проводкам), проходящими через вышки. Почему именно по 3-ем проводам? Для чего физики ввели эти понятия, как сделать расчет мощности по току и напряжению для трехфазной сети?

Объяснить именно такое количество проводов на станции — легко: эта цифра создает магнитное поле. Это невидимая материя для электронных частиц. Когда они попадают внутрь поля — превращаются в ионы (заряженные частицы), в итоге образуются электрические разряды!

Но можно сделать вывод: почему не создать многофазную цепь, чтобы заряда выделялось еще больше? Чем больше добавлять дополнительных проводков — тем более невыгодна будет такая система!

Особенности трехфазной системы

В 2-х фазной системе передача шла по четырем проводам. В 20 веке инженеры-физики попробовали сместить обмотки на 120 градусов, в результате чего получилась 3-х фазная система. Была создана линия электропередач! В начале линии шел генератор. Он создавал напряжение. В конце стоял потребитель. Эта цепь является превалирующей до сих пор.

Мощность трехфазного тока — минимальное количество электронов, нужное для образования устойчивого вращающегося поля, чтобы можно было надежно и спокойно запускать двигатель.

При этом используется минимальное количество линий — всего 3.

Эти проводки можно объединить в 1 точку, равную 0. 3 вектора, сдвинутые на 120 градусов, в сумме дали ноль. Рассчитывать ток по мощности не надо — он нулевой. Если нагрузка симметрична — 0 не понадобится.

Мощность трехфазной сети намного выгоднее двухфазной. Она затрачивает меньше энергии, протягиваясь на дальние расстояния.

Как выяснить свою схему

Молодые специалисты (электрики) должны понимать, какая перед ними схема. Примеры для понимания будут рассмотрены на самом примитивном асинхронном двигателе.

Стоит сразу отметить, что у каждой цепи есть свое начало и конец. Старт всегда обозначается крупной точкой. Двигатель с тремя проводами используют во всех промышленных зданиях. Мощности для него требуется минимум.

У ассиметричного устройства имеются 3 разные катушки, используемые для создания вращающегося магнитного поля, когда I пропускается через катушку.

Все обмотки распределяют по кругу, смещая на 120 градусов. Далее подключается клеммная коробка в распределительную, где находится 6 клеммников. Каждый из них подключается к концам 3-х обмоток.

Далее заводится система в клеммную коробку и подключается к соответствующим клеммникам. Остается замкнуть цепь. Делают это двумя способами.

Схема “Треугольник”

Чтобы получилась схема-треугольник, нужно подключить конец 1-ой катушки к началу другой. Когда ток пропускается через фазы — становится заметно, что электричество переходит из одной фазы в другую.

А как соединить между собой фазы, ведь будет короткое замыкание? Замыкание не произойдет, т.к. ток проходит через обмотку, а она создает сопротивление.

Это то же самое, если поместить между двумя фазами лампу — она просто зажжется, и замыкания не произойдет!

Читайте также:
Правильный полив овощей

Схема “Звезда”

Второй способ, как силу тока в трехфазной цепи распределить по катушке — это подсоединить их друг к другу в виде звезды. Для этого нужно концы 3-х обмоток соединить вместе.

Точка соединения всех концов является нейтральной. Для полного подключения потребуется контактор (устройство, способное проводить и отключать токи).

Через него проводятся провода и соединяются на выходе.

Начало обмоток подключают к потребителю энергии. Линейные провода можно назвать А, В, С.

Точка N называется нейтральной, но если она соединена с землей, то нулевой. Напряжение между линейным проводом и нулевой точкой называется фазным. Обозначается оно Y с индексом А.

Между проводом В и нулевой линией — напряжение Y с индексом В и т.д.

Схемы соединения электродвигателя в звезду и треугольник:

Характеристики

Данная система так построена, что даже если одна из сетей оборвется — не произойдет короткого замыкания, цепочка продолжит свое функционирование. Все благодаря симметричному размещению.

Если посмотреть на рисунок сети-треугольника — можно заметить простую математическую зависимость!

Вся схема построена в виде равностороннего треугольника.

Он разделен внутри на 3 маленьких треугольника. Все их катеты равны 220 В, а соединение 2-х противоположных сторон = 380 В. Причем градус между В 120 градусов — тот самый сдвиг.

Трёхфазное или однофазное подключение

В сети обмотки смещены на 120 градусов. Если представить этот сдвиг в виде 2-х вращающихся векторов — они тоже размещены под таким же градусом наклона.

И линейное напряжение не будет равняться сумме векторов. Другими словами, представьте прямой угол (равный 90 градусам), линии которого по 220 В. Если их соединить, чтобы образовать полноценный треугольник — расстояние для соединения будет равно 380 В, как показано на фото внизу.

Подключение сети было уже разобрано вверху. Про подключение однофазного прибора ничего не было сказано. Но вы уже знаете, что однофазный имеет целых 4 провода подключения, в отличие от устройства с тремя фазами.

  1. На первую клемму подается питание-фаза.
  2. Вторая клемма является выходом нагрузки электропотребителя.
  3. Ноль приходится на третью клемму.
  4. Выход нулевой подается на четвертую.

Т.е. первый и второй провода проходят через автомат и входят в саму квартиру. А остальные 2 приходятся на нулевое заземление. Примерами однофазных потребителей являются розетки.

Как вычислить?

Расчет мощности трехфазной сети считается так: I=P/U. Это самая примитивная формула, которой пользуются в школах.

Общее высчитывание строится на такой записи: Pобщ=Uа∙Iа∙cosа+ Ub∙Ib∙cosb+ Uc∙Ic∙cosc. Здесь cos обозначает перемены в P, а буквы рядом с ним — те самые фазы, идущие рядом с линиями.

Формулы для расчётов цепи постоянного тока

Расчет и формула мощности в трехфазной сети: P=U*I

Расчет силы тока по мощности и напряжению: I=P/U

Существует формула расчета мощности по току (полной нагрузке). Здесь нужно теоретическое понимание того, что есть 3 линии и у каждой есть свое P и U: Р=А1+В1+С1. Нужно просто сложить все значения.

Формула расчета тока нагрузки:

Рассчитать ток по мощности можно самому, но это тяжело. 1 из способов — устроить короткое замыкание (электросеть слишком сильно перегревается) или с устройством амперметром. Сделать это, в отличие, от расчета напряжения сложнее.

Понять, что у вас проблема с подачей напряжения можно по тусклому свету лампочек, периодическому «миганию». I — непостоянная характеристика, меняющаяся и зависящая от разных факторов. Но делать замеры Ампер нужно, так вы сможете оценить способность автоматических выключателей включить защиту от КЗ, проверить контур заземления.

Ссылка на основную публикацию