Что представляет собой полная мощность: полная мощность | это… Что такое полная мощность?

Описание параметра “Полная мощность” – Профсектор

Полная выходная мощность стабилизатора (VA) определяет максимальную величину мощности подключаемой к нему нагрузки.

Выбор стабилизатора напряжения по мощности.

При выборе стабилизатора необходимо учитывать:

1. суммарную мощность подключенной нагрузки – выходная мощность стабилизатора должна быть больше мощности, потребляемой нагрузкой.

Немного теории.

Полная мощность (S) состоит из активной мощности (P) и реактивной мощности (Q).

Связь между мощностями следующая:

• S – измеряется в вольт-амперах (ВА, VA)
• P – измеряется в ваттах (Вт, W)
• Q – измеряется в варах (Вар, var)

Существуют электроприборы, которые потребляют только активную мощность. Это любые нагревательные приборы (тэны, утюги, чайники и т.д.), лампы накаливания и т.д. Они не потребляют реактивную мощность, поэтому при выборе стабилизаторов для таких приборов можно учитывать в расчетах, что полная мощность равна активной мощности, S(VA)=P(W).

Также существуют электроприборы, которые потребляют не только активную мощность, но и реактивную мощность. Это электродвигатели, дроссели, трансформаторы и т.д.
Для расчета полной мощности для таких устройств используют специальный коэффициент мощности, cos (φ).
Формула расчет будет выглядеть следующим образом:

Cos (φ) определен для большинства типов оборудования и обычно он пишется на шильдике соответствующего прибора.  В тех случаях, когда нет возможности узнать значение cos (φ), примерный расчет производится с коэффициентом 0,75.

Примерные мощности электроприборов и их коэффициенты cos (φ) приведены в таблице.

Электроприборы	Мощность, Вт	cos (φ)		Электроприборы	Мощность, Вт	cos (φ)
Электроплита	1200 – 6000	1		Бойлер	1500 – 2000	1
Обогреватель	500 – 2000	1		Компьютер	350 – 700	0. 95
Пылесос	500 – 2000	0.9		Кофеварка	650 – 1500	1
Утюг	1000 – 2000	1		Стиральная машина	1500 – 2500	0.9
Фен	600 – 2000	1		Электродрель	400 – 1000	0.85
Телевизор	100 – 400	1		Болгарка	600 – 3000	0.8
Холодильник	150 – 600	0.95		Перфоратор	500 – 1200	0.85
СВЧ-печь	700 – 2000	1		Компрессор	700 – 2500	0.7
Электрочайник	1500 – 2000	1		Электромоторы	250 – 3000	0.7 – 0.8
Лампы накаливания	60 – 250	1		Вакуумный насос	1000 – 2500	0. 85
Люминисцентные лампы	20 – 400	0.95		Электросварка (дуговая)	1800 – 2500	0.3 – 0.6

2. пусковые токи – все электроприборы, в состав которых входит двигатели или дроссели в момент запуска потребляют в несколько раз больше мощности чем в рабочем режиме. В таких случаях полную мощность данного оборудования рассчитывают путем умножения потребляемой мощности (указана в паспорте прибора) на кратность пусковых токов (обычно 3-7).

3. запас мощности – чтобы увеличить срок службы стабилизатора, рекомендуется предусмотреть 20%-ный запас мощности. Таким образом, режим работы стабилизатора будет более “щадящим”, а при необходимости можно будет подключить дополнительные электроприборы.

4. влияние входного напряжения на мощность – при уменьшении входного напряжения, уменьшается мощность стабилизатора. Данная зависимость приведена на графике.

Примечание. В соответствии с международными, а также отечественными отраслевыми стандартами производителей автотрансформаторных стабилизаторов максимальная мощность устройства нормируется для входного напряжения 190В или для разности входного и выходного напряжений 30В.

ВНИМАНИЕ! Большинство аварий стабилизаторов, возникает от перегрузки по мощности при снижении выходного напряжения до величины менее минимально допустимой, обычно это 150…160 В

что это, из каких частей состоит, методика расчета

Автор Andrey Ku На чтение 4 мин Опубликовано 12.08.2019

Понятие полной мощности используется в электротехники для определения фактической нагрузки на элементы сети. Величина полной мощности силового трансформатора является основой для проектирования его конструкции.

Полная мощность превосходит по абсолютной величине активную и зависит от характеристик нагрузки.

Содержание

1. Понятие мощности трансформатора
2. Активная
3. Реактивная
4. Полная
5. Номинальная
6. Методика расчета мощностей трансформатора
7. Примеры реальных расчетов
8. Эскиз конструкции трансформатора

Понятие мощности трансформатора

Трансформатор переменного тока не производит электрическую энергию, а лишь преобразовывает ее по величине. Поэтому его мощность полностью зависит от ее величины  нагрузки (тока потребления) вторичной цепи.  При наличии нескольких потребителей должна учитываться суммарная нагрузка, которая может быть подключена одновременно. Для цепей переменного тока учитывается активный и реактивный характер потребления.

Активная

Данная составляющая часть характеристики определяется как среднее значение мгновенной за определенный период времени. Для цепей синусоидального переменного тока в качестве отрезка времени используется значение периода колебания:

T=1/f,

где f – частота.

Активная часть  зависит от характера нагрузки, то есть от сдвига фаз между током и напряжением и определяется по формуле:

P=i∙U∙cosϕ,

где ϕ – угол сдвига фаз.

Активная составляющая  устройств переменного тока выражается в Ваттах, как и для цепей постоянного тока.

Реактивная

Реактивная нагрузка отличается от активной тем, что в течение одного периода колебаний напряжения электрическая энергия реально не потребляется, но возвращается назад. В результате того, что к питающему устройству подключены устройства с большой емкостью или индуктивностью (электродвигатели), между током и напряжением возникает сдвиг фаз.

Реактивная составляющая потребления определяется выражением:

Q= i∙U∙sinϕ

Единица измерения – вар (вольт-ампер реактивный).

Полная

Полная мощность трансформатора учитывает всю потребленную и  возвращенную энергию и находится из выражения:

S= i∙U

Все составляющие связаны соотношением:

S²=P²+Q².

Единица измерения – ВА (вольт-ампер).

Полная мощность равняется активной только в случае полностью активной нагрузки.

Номинальная

Номинальная мощность трансформатора учитывает возможность работы конструкции с учетом подключения потребителей разного характера, то есть аналогична полной. При этом гарантируется исправная работа устройства весь заявленный срок службы при  оговоренных условиях эксплуатации.

Номинальная мощность, как и полная, учитывает активный и реактивный характер потребления, которое может изменяться во время эксплуатации.

Выражается в вольт-амперах.

Методика расчета мощностей трансформатора

При расчете силового  трансформатора питающей подстанции учитывается среднесуточная нагрузка и длительность периода максимальной потребления. При этом должно учитываться соотношение:

S_ном≥∑P_макс

Режим пикового потребления также должен учитывать время воздействия, поскольку при кратковременных всплесках (до 1 часа), устройство будет работать в недогруженном режиме, что экономически не выгодно.

В таких случаях нужно брать в расчет перегрузочную способность конструкции, которая зависит от конструктивных особенностей, температуры окружающего воздуха  и условий охлаждения. Это диктуется условиями допустимого нагрева составляющих элементов (обмоток, коммутирующих цепей).

Понятие коэффициента загрузки определяет отношение среднесуточного и максимального потребления электрической энергии. Коэффициент загрузки всегда меньше единицы. Его величина связана с требованиями к надежности электроснабжения. Чем меньше требуемая надежность, тем больше коэффициент может приближаться к единице.

Примеры реальных расчетов

В качестве примера можно выбрать питающую подстанцию жилого района. Нагрузка подстанции является III  категории, поэтому коэффициент загрузки допустимо выбирать из большего значения – 0.9-0.95.

Характер потребления тока бытового сектора зависит от времени суток и сезона, но с учетом высокого коэффициента загрузки допустимо учитывать среднее значение потребляемой мощности. Для повышения надежности работы в период максимального потребления рекомендуется использование маслонаполненных трансформаторов, которые отличаются большой перегрузочной способностью в течение длительного периода времени (30% перегрузки в течение 2-х часов).

Эскиз конструкции трансформатора

Конструкция мощного силового трансформатора состоит из нескольких частей:

1. Остов.
2. Выемная часть.

В состав выемной части входит, собственно сердечник и обмотки с активной частью, которая включает переключатели с приводами, вводы высокого и низкого напряжений, предохранительные устройства.

Остов  – основная составляющая конструкции активной части. В состав остова входит магнитная система (сердечник) со всеми обмотками, а также конструктивные элементы для крепления и соединения обмоток и частей магнитной системы.

Полная мощность и спектральная плотность мощности |

Автор Ron Hranac

Двумя параметрами, связанными с ВЧ-мощностью, которые могут вызвать путаницу, являются полная мощность (также называемая полной полной мощностью) и спектральная плотность мощности (PSD). Возьмите чашку кофе и научный калькулятор. Рассмотрим эти два параметра более подробно.

Краткое примечание: Когда мы измеряем уровень РЧ-сигнала, мы измеряем РЧ-мощность. Вы можете удивиться, почему децибел милливольт (дБмВ) используется вместо ватта (Вт) для радиочастотной мощности в кабельных сетях. Первая причина заключается в том, что типичные уровни мощности, с которыми мы имеем дело, очень малы. Например, 0 дБмВ составляет всего 13,33 нановатта (~13 миллиардных долей ватта!). Работа в мире децибел (дБ) значительно упрощает работу с очень маленькими и очень большими числами. Вторая причина, по которой мы используем дБмВ, заключается в том, что эта метрика выражает мощность с точки зрения напряжения. Чтобы узнать больше о последнем, см. мою статью «Лето 2017 9».0005 Широкополосная библиотека Статья «Мудрый и могучий децибел», доступная в Интернете по адресу https://broadbandlibrary.com/wise-and-mighty-decibel/

Общая мощность

Как я отмечал в статье летом 2017 г. , «Суммарная мощность — это суммарная мощность всех сигналов в заданном частотном диапазоне — например, в нисходящем направлении. Это вызывает беспокойство, потому что чрезмерная общая мощность — это то, что перегружает лазеры, телеприставки, модемы и другие устройства».

Расчет общей мощности требует некоторой обработки чисел, поскольку вы не можете просто сложить уровни отдельных сигналов в дБмВ, чтобы получить общую мощность. Рассмотрим пример на рис. 1, на котором показан одиночный радиочастотный сигнал мощностью +20 дБмВ. Для этого и всех последующих примеров предположим, что импеданс равен 75 Ом.

Рис. 1. РЧ-сигнал, мощность которого составляет +20 дБмВ.

Преобразование +20 дБмВ в мощность в ваттах выполняется следующим образом. Сначала преобразуйте дБмВ в напряжение (в данном случае милливольты):

мВ = 10 ^{(дБмВ/20)}

мВ = 10 ^(20/20)

мВ = 10

1 мВ (что равно 0,010 вольта)

Затем переведите напряжение в ватты:

P = E ² /R

P = (0,010 вольта) ² /75 Ом

P = 0,0001/75

P = 0,00000133 ватт, или 1,33 микроватт (мкВт)

Поскольку имеется только один сигнал, общая мощность составляет +20 дБмВ или 1,33 мкВт. Что произойдет с общей мощностью, если количество радиочастотных сигналов увеличить до четырех, каждый по +20 дБмВ? См. рис. 2.

Рис. 2. Четыре радиочастотных сигнала, мощность каждого +20 дБмВ. Какова общая мощность?

Есть несколько способов решить эту проблему. Первый заключается в преобразовании уровня сигнала в дБмВ в ватты, добавлении значений ватт, а затем обратном преобразовании в дБмВ. Поскольку +20 дБмВ = 1,33 мкВт, то общая мощность 1,33 мкВт + 1,33 мкВт + 1,33 мкВт + 1,33 мкВт = 5,33 мкВт (0,00000533 Вт).

Далее, преобразование ватт в напряжение:

E ² = PR

E ² = 0,00000533 * 75

E ² = 0,0004

E = 0,02 Вольт, или 20 м. до DBMV:

DBMV = 20log ₁₀ (MV/1 MV)

DBMV = 20log ₁₀ (20 мВ/1 мВ)

DBMV = 20 * [log ₁₀ (20)

DBMV. = 20 * [1,301]

дБмВ = 26,02 дБмВ

Когда все сигналы имеют одинаковую мощность, можно использовать следующую формулу для расчета общей мощности: P _total = P _one + 10log ₁₀ (N), где P _total — общая мощность, P _one — мощность одного сигнала, а N — количество сигналов. Для предыдущего примера P _total = 20 дБмВ + 10log ₁₀ (4) = 26,02 дБмВ.

Если бы четыре значения +20 дБмВ были просто сложены вместе как есть, результат +80 дБмВ был бы неверным. Это равно 1,33 Вт!

Если мощность каждого канала разная, более типичная ситуация, общая мощность рассчитывается по формуле P _всего = 10log ₁₀ [10 ^(P1/10) + 10 ^(P2/10) + 10 ^(P3/10) + … + 10 ^(PN/10) ], где P _total — общая мощность в дБмВ, а P1, P2, P3…PN — уровни каждого канала или сигнала в дБмВ. Если вы используете эту формулу для предыдущего примера, вы получите общую мощность +26,02 дБмВ.

Ладно, наполни чашку кофе. На подходе больше обработки чисел.

Спектральная плотность мощности

Этот параметр немного сложнее понять. Если вам действительно нравится корявая математика, см. подробную статью в Википедии по адресу https://en.wikipedia.org/wiki/Spectral_density. Для целей обсуждения здесь мы можем несколько упростить, сказав, что PSD «описывает, как мощность сигнала… распределяется по частоте». PSD обычно выражается в мощности на герц (Гц).

В следующем примере (см. рис. 3) предположим, что восходящий сигнал с квадратурной амплитудной модуляцией (SC-QAM) с одной несущей шириной 1,6 МГц имеет мощность цифрового канала +65 дБмВ.

Рис. 3. Восходящий сигнал SC-QAM шириной 1,6 МГц; P = +65 дБмВ.

PSD:

PSD = 65 дБмВ – 10 log ₁₀ (1 600 000 Гц)

PSD = 65 – [10 * log ₁₀ (1 600 000) – 6) ]

PSD = 65 – [62,04]

PSD = 2,96 дБмВ/Гц

Теперь давайте заменим сигнал шириной 1,6 МГц сигналом шириной 3,2 МГц, но с той же PSD, что и раньше (рис. 4). Если посмотреть на анализатор спектра, «стог сена» также будет той же высоты, что и раньше. Поскольку ширина сигнала SC-QAM удваивается, то же самое происходит и с его мощностью. Это означает, что мощность цифрового канала теперь составляет +68,01 дБмВ, что на 3,01 дБ больше. Что с ПСД?

Рис. 4. Восходящий сигнал SC-QAM шириной 3,2 МГц; P = +68,01 дБмВ.

PSD = 68,01 дБМВ – 10log ₁₀ (3 200 000 Гц)

PSD = 68,01 – [10 * Log ₁₀ (3 200000)]

PSD = 68,01 – [10 * (6,51)]

.08. – [65.05]

PSD = 2,96 дБмВ/Гц

Затем замените сигнал SC-QAM шириной 3,2 МГц сигналом с шириной полосы 6,4 МГц. Как и прежде, мы собираемся поддерживать ту же PSD (такую ​​же высоту «стога сена», как видно на анализаторе спектра), показанную на рисунке 5. Поскольку полоса пропускания сигнала SC-QAM снова удвоилась, мощность цифрового канала также увеличилась, который сейчас составляет +71,02 дБмВ.

Рис. 5. Восходящий сигнал SC-QAM шириной 6,4 МГц; P = +71,02 дБмВ.

PSD = 71,02 дБМВ – 10log ₁₀ (6 400 000 Гц)

PSD = 71,02 – [10 * Log ₁₀ (6,400000)]

PSD = 71,02 – [10 * (6.81)]

PSD = 71,02 – [10 * (6.81)]

PSD = 71,02 – [10 * (6,81)]]

PSD = 71,02 – [10 * (6,81). – [68.06]

PSD = 2,96 дБмВ/Гц

Показывая вместе все три сигнала SC-QAM (рис. 6), мы видим, что они имеют одинаковую PSD 2,96 дБмВ/Гц и одинаковую высоту стога сена. Суммарная мощность P _всего = 10log ₁₀ [10 ^(65/10) + 10 ^(68,01/10) + 10 ^(71,02/10) ] = 73,45 дБмВ.

Рисунок 6. Все три восходящих сигнала SC-QAM. PSD = 2,96 дБмВ/Гц и P _{, всего} = 73,45 дБмВ.

Постоянная мощность на несущую по сравнению с постоянной PSD на несущую

Большинство оконечных систем кабельных модемов (CMTS) и кабельных модемов настроены на постоянную мощность на несущую в восходящем направлении. В следующих двух примерах общая мощность четырех сигналов одинакова (+57 дБмВ). На рисунке 7 показан пример постоянной мощности на несущую, при этом мощность цифрового канала каждого сигнала SC-QAM равна примерно +51 дБмВ (+50,98 дБмВ). Обратите внимание, что высота стога сена различна для сигналов с разной полосой пропускания, даже если каждый из них имеет одинаковую мощность цифрового канала. Это означает, что PSD различна для каждого канала полосы пропускания: канал 6,4 МГц: -17,08 дБмВ/Гц; Канал 3,2 МГц: -14,07 дБмВ/Гц; и канал 1,6 МГц: -11,06 дБмВ/Гц.

Рис. 7. Постоянная мощность на несущую. P _всего = +57 дБмВ.

Если вместо четырех восходящих сигналов SC-QAM установить постоянную PSD на несущую (в данном примере -15,46 дБмВ/Гц), отображение спектра будет выглядеть, как на Рисунке 8. Высота стога одинакова, но мощность цифрового канала разная!

Рис. 8. Постоянная PSD на несущую; P _всего = +57 дБмВ.

Надеемся, что это упражнение поможет уточнить общую мощность и спектральную плотность мощности. Не знаю, как у вас, а у меня кофе закончился. На данный момент достаточно математики. Класс распущен!

---

Рон Хранац

T Технический инженер по маркетингу,
Cisco Systems
rhranacj2

30005 Рон Хранак, ветеран кабельной индустрии с 46-летним стажем, является TME в подразделении кабельного доступа Cisco.

Действительный член SCTE, соучредитель и ассоциированный член правления отделения организации в Скалистых горах, Рон был занесен в Зал славы Общества в 2010 году, является со-лауреатом Премии председателя, членом SCTE года и является членом Класса пионеров кабельного телевидения 1997 года. Он получил награду Общества за выдающиеся достижения в области стандартов на выставке Cable-Tec Expo 2016. Он опубликовал сотни статей и докладов и выступал на многочисленных международных, национальных, региональных и местных конференциях и семинарах.

---

 

Полная мощность, активная мощность, реактивная мощность и полная мощность

Перейти к содержанию

от редакции

Полная мощность

Полная мощность (S) — это мощность, передаваемая в электрическую цепь.

Приведенное ниже уравнение является математическим представлением полной мощности.

Полная мощность измеряется в вольтамперах (ВА).

S=I ² Z = I _T E

где

S = полная мощность (ВА)
I = действующее значение тока (А)
E = действующее значение напряжения (В)
Z = полное сопротивление (Ом)

Фактическая мощность

Фактическая мощность (P) — мощность, потребляемая резистивной нагрузкой в электрической цепи.

Приведенное ниже уравнение представляет собой математическое представление истинной мощности.

Реальная мощность измеряется в ваттах.

P=  I ² R = EI cosθ

где

P = фактическая мощность (Вт)
I = действующее значение тока (А) .
E = среднеквадратичное напряжение (В)
R = сопротивление (Ом)
θ = угол между синусоидами E и I

Реактивная мощность

Реактивная мощность (Q) — это мощность, потребляемая в цепи переменного тока из-за расширения и сжатия магнитного (индуктивного) и электростатического (емкостного) полей.

Реактивная мощность выражается в реактивных вольтамперах (ВАр).

Приведенное ниже уравнение является математическим представлением реактивной мощности.

Q = I ² X = EI sinθ

где

Q = реактивная мощность (ВАР)
I = действующее значение тока (А)
X = чистое реактивное сопротивление (Ом)
E = действующее значение напряжения (В)
θ = угол между синусоидами E и I

В отличие от реальной мощности, реактивная мощность не является полезной мощностью, поскольку она хранится в самой цепи.

Эта мощность накапливается в катушках индуктивности, потому что они расширяют и сжимают свои магнитные поля, пытаясь сохранить постоянный ток, и в конденсаторах, потому что они заряжаются и разряжаются, пытаясь поддерживать постоянное напряжение. Индуктивность и емкость цепи потребляют и отдают реактивную мощность.

Реактивная мощность зависит от силы тока системы. Мощность, подаваемая на индуктивность, сохраняется в магнитном поле, когда поле расширяется, и возвращается к источнику, когда поле схлопывается. Мощность, передаваемая емкости, накапливается в электростатическом поле, когда конденсатор заряжается, и возвращается к источнику, когда конденсатор разряжается.

Мощность, подаваемая в цепь источником, не потребляется. Все возвращается к истокам. Таким образом, истинная мощность, то есть потребляемая мощность, равна нулю. Мы знаем, что переменный ток постоянно изменяется; таким образом, постоянно происходит цикл расширения и коллапса магнитного и электростатического полей.