Электрические нагрузки

Различают восемь номинальных режимов работы ЭП.

Большинство же работают в трех основных режимах:

Продолжительный режим. 

Этот режим при практически постоянной нагрузке Р продолжается столь длительное время, что превышение температуры всех частей ЭП над температурой окружающей среды достигает практически установившегося значения Ɵ уст. В данном режиме работают электроприводы насосов, компрессоров, вентиляторов, механизмов непрерывного транспорта, электропечи и т.д.

Кратковременный режим.

Этот режим характеризуется небольшими по времени периодами работы tв при нагрузке Р и длительными паузами tо с отключением ЭП от сети. Превышение температуры нагрева электрооборудования над температурой окружающей среды не успевает достигнуть установившихся (предельно допустимых) значений, а за время паузы снижается до температуры окружающей среды. В кратковременном режиме работают вспомогательные механизмы металлорежущих станков, электроприводы различных заслонок, задвижек и т.п.

Повторно-кратковременный режим (ПКР).

В этом режиме кратковременные периоды работы tв при нагрузке P чередуются с паузами tо. За период работы превышение температуры нагрева электрооборудования не достигает  установившегося (предельно допустимого) уровня, а в течение паузы не снижается до  температуры окружающей среды. В результате многократных циклов tц превышение температуры достигает некоторой средней установившейся величины Ɵуст.ср .

В ПКР работают электроприводы подъемно-транспортных механизмов, приводы прокатных станов, электросварочные аппараты для точечной сварки и т.п.

ЭП повторно-кратковременного режима характеризуются относительной продолжительностью включения:

где tв, tо и tц – время включения, отключения и продолжительность цикла соответственно.

Принято, что продолжительность одного цикла для ПКР tц ≤ 10 мин Если tц >10 мин, то режим работы ЭП считается продолжительным. Выпускаемые промышленностью ЭП ПКР (электродвигатели) характеризуются паспортным (номинальным) показателем ПВпасп со стандартными значениями: 15, 25, 40 и 60 % .

При выборе электроустановок по нагреву необходимо, чтобы фактически установившееся значение температуры нагрева

не превышало допустимого значения

При этом условии обеспечивается безаварийная работа электроустановок. Поэтому в паспортах ЭП продолжительного режима, трансформаторов и генераторов электростанций указывается значение номинальной (установленной) мощности.

Для ЭП ПКР в паспорте указывается мощность повторно-кратковременного режима Рпасп, которая должна быть приведена к номинальной мощности продолжительного режима Рном, кВт, при ПВ = 100 % по формуле:

Для сварочных машин и трансформаторов электрических печей паспортная мощность указывается в единицах измерения полной мощности Sпасп (кВА), номинальная активная мощность  определяется по формуле:

Это исключает перегрев, и гарантируется сохранность изоляции. Для проводников электрической сети в ПУЭ приведены значения длительно допустимых токов, при которых также исключается перегрев.

Температуру электроустановки при продолжительном режиме работы можно считать практически установившейся через промежуток времени, равный 3τо, где τо – постоянная времени нагрева.

Практически установившейся называется температура, изменение которой в течение одного часа не превышает 1 градуса по Цельсию при условии, что нагрузка сети и температура окружающей среды остаются практически неизменными. Постоянная времени нагрева τо – это время, в течение которого температура ЭП и проводника достигает установившегося значения   при отсутствии отдачи тепла в окружающую среду. Графически постоянную времени можно получить, если построить касательную к кривой нагрева в точке 0. В электрических сетях используются проводники таких марок и сечений, для которых постоянная времени нагрева τо принята равной 10 мин. Следовательно, температура достигнет установившегося уровня за Т = 3·10 = 30 мин. Этот 30-минутный промежуток является расчетным временем при определении электрических нагрузок (получасовой максимум).

Треугольник мощностей

Чтобы разобраться с реактивной нагрузкой рассмотрим треугольник мощностей.

где Р – активная мощность, которая измеряется в Ватах и используется для совершения полезной работы;

Q – реактивная, которая измеряется в Варах и используется для создания электромагнитного поля;

S – полная мощность используется для расчета электрических цепей.

Для расчета полной мощности применяем теорему Пифагора: S2=P2+Q2. Или с помощью формулы: S=U*I, где U – это показание напряжения на нагрузке, I — показание амперметра, которое включается последовательно с нагрузкой. В расчетах также используется коэффициент мощности – cosφ. На приборах, которые относятся к реактивной нагрузке, обычно указаны активная мощность и cosφ. С помощью этих параметров также можно получить полную мощность.

Иногда на приборах указывается полная мощность, а cosφ не указан. В этом случае применяется коэффициент 0,7.

Метод коэффициента спроса

Метод коэффициента спроса наиболее прост, широко распространен, с него начался расчет нагрузок. Он заключается в использовании выражения (2.20): по известной (задаваемой) величине Ру и табличным значениям, приводимым в справочной литературе (примеры см. в табл. 2.1):

Величина Кс принимается одинаковой для электроприемников одной группы (работающих в одном режиме) независимо от числа и мощности отдельных приемников. Физический смысл — это доля суммы номинальных мощностей электроприемников, статистическиотражающая максимальный практически ожидаемый и встречающийся режим одновременной работы и загрузки некоторого неопределенного сочетания (реализации) установленных приемников.

Приводимые справочные данные по Кс и Кп соответствуют максимальному значению, а не математическому ожиданию. Суммирование максимальных значений, а не средних неизбежно завышает нагрузку. Если рассматривать любую группу ЭП современного электрического хозяйства (а не 1930— 1960х гг.), то становится очевидной условность понятия «однородная группа». Различия в значении коэффициента — 1:10 (до 1:100 и выше) — неизбежны и объясняются ценологически ми свойствами электрического хозяйства.

В табл. 2.2 приведены значения ЛГС, характеризующие насосы как группу. При углублении исследований KQ4 например только для насосов сырой воды, также может быть разброс 1:10.

Правильнее учиться оценивать Кс в целом по потребителю (участку, отделению, цеху). Полезно выполнять анализ расчетных и действительных величин для всех близких по технологии объектов одного и того же уровня системы электроснабжения, аналогичной табл. 1.2 и 1.3. Это позволит создать личный информационный банк и обеспечить точность расчетов. Метод удельного расхода электроэнергии применим для участков (установок) 2УР (второый, третий… Уровень Энергосистемы), отделений ЗУР и цехов 4УР, где технологическая продукция однородная и количественно меняется мало (увеличение выпуска снижает, как правило, удельные расходы электроэнергии Ауй).

Формула расчета мощности электрического тока

Если в уже действующей цепи силу тока можно измерить специальными приборами (амперметром), то как быть при проектировании? Ведь мы не можем измерить силу тока в цепи, которой еще нет. В этом случае пользуются расчетным методом. При известных параметрах мощности, напряжения в сети и характера нагрузки силу тока можно посчитать используя формулу:

• P — электрическая мощность нагрузки, Вт;
• U — фактическое напряжение в сети, В;
• cosφ — коэффициент мощности.

Мощность определяется, исходя из суммарной мощности всех приборов, планируемых в эксплуатации, подключенных к данной сети, это, как правило, паспортные данные приборов или приблизительные значения для аналогичных приборов. Рассчитывается мощность на этапе планирования электропроводки в квартире.

Коэффициент мощности зависит от характера загрузки, например, для нагревательных приборов, ламп освещения он приближен к 1, но во всякой активной нагрузке есть реактивная составляющая, благодаря чему коэффициент мощности принимают равным 0,95. Это всегда нужно учитывать в разных видах электропроводки.

В мощных приборах и оборудовании (электродвигатели, сварочные аппараты и прочее) доля реактивной нагрузки выше, поэтому для подобных приборов коэффициент мощности принимают 0,8.

Напряжение в сети принимают 220 вольт для однофазного тока и 380 вольт для трехфазного, но для большей точности, если есть такая возможность, рекомендуется использовать для расчета фактические значения напряжения, измеренные приборами.

Источник

Разработка схемы

Принцип работы электронной нагрузки очень простой. Он основан на равенстве напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входе операционного усилителя. Мы устанавливаем значение напряжения, прилагаемого к неинвертирующему входу с помощью многооборотного переменного резистора VR1. Напряжение регулируется в диапазоне 0-0.5В. Источником питания делителя напряжения служит точное напряжение 2.5В, генерируемое ИС источника опорного напряжения AD780. Значение напряжения на инвертирующем входе можно также измерить на неинвертирующем входе операционного усилителя LM324. Поэтому напряжение на резисторе R5 напрямую зависит от напряжения, которое мы установили. Установленное напряжение на резисторе R5 определяет настройку тока, который проходит через него. Этот ток также является током, который потребляется от источника питания во время тестирования. Выходное значение напряжения операционного усилителя LM324 появляется при использовании принципа равенства напряжений на входах. Следовательно оно управляет затвором Q1 MOSFET транзистора в линейной области. Сопротивление сток-исток (Rds) зависит от напряжения затвора. Выход операционного усилителя устанавливает значение Rds на требуемый уровень, который ограничивает ток по данной цепи. Именно MOSFET транзистор работает как резистивный элемент, который ограничивает ток с помощью операционного усилителя.

Поскольку MOSFET транзистор работает как резистивный элемент, он рассеивает тепло в зависимости от протекаемого через него тока. Простое равенство P = VI определяет количество тепла, которое будет генерироваться на MOSFET транзисторе. Для расширения диапазона мощности нагрузки нам необходимо прикрепить радиатор к корпусу MOSFET транзистора.

Используемый радиатор рассчитан на тепловое сопротивление 2.5 °C/Вт. Тепловое сопротивление р-n-перехода с корпусом MOSFET транзистора составляет 0.75 °C/Вт. Также тепловое сопротивление в месте соприкосновения корпуса с радиатором составляет 1.75 °C/Вт. Общее тепловое сопротивление составляет 5 °C/Вт. Мы можем предположить, что будем использовать нагрузку при комнатной температуре, а именно 25°C. Кристалл IRF3710 MOSFET транзистора рассчитан на температуру до 175 °C, поэтому мы в идеальном случае можем нагревать кристалл MOSFET транзистора до этой температуры. Разница температуры составит почти 175°C-25°C = 150°C. Используя данное значение, мы можем вычислить максимальную мощность, которая будет рассеиваться на электрической нагрузке. P = 150 / 5 = 30Вт.

MOSFET транзистор IRF3710 имеет максимальное напряжение сток-исток (Vds) величиной 100В. Поэтому не рекомендуется подключать источник питания напряжением более 100В.

Мощность 30Вт, ток 5A и напряжение 100В являются предельными параметрами для данной нагрузки. Следовательно, для подключения источника питания к нагрузке вам необходимо правильно рассчитать мощность рассеивания. Например, если вы подключаете к нагрузке источник питания напряжением 30В, тогда вы не должны превышать ток 1A в непрерывном режиме. В противном случае MOSFET транзистор может выйти из строя, поскольку будет превышена предельная температура кристалла MOSFET транзистора 175 °C.

Другой параметр, который нужно принять во внимание при работе с MOSFET транзисторами – это области устойчивой работы (SOA) MOSFET транзистора. Поскольку текущий ток не превышает 5A и мощность не превысит 30Вт, тогда MOSFET транзистор будет оставаться в области устойчивой работы

Превышение мощности 30W приведет к перегоранию MOSFET транзистора при больших напряжениях.

Последовательно с нагрузкой включается амперметр. Он показывает текущее значение тока, потребляемое от источника питания. Амперметр запитывается от стабилизатора напряжения 78L15, также как операционный усилитель и ИС источника опорного напряжения. Амперметр непрерывно измеряет ток и позволяет пользователю контролировать его в режиме реального времени.

Общая информация об электронных нагрузках

Электронная нагрузка — это прибор, предназначенный для имитации различных режимов работы реальной электрической нагрузки. При этом электронная нагрузка может работать в нескольких режимах потребления. К наиболее распространённым относятся: режим постоянного сопротивления, режим постоянного тока потребления, режим постоянной мощности и режим стабилизации напряжения. Также большинство моделей электронных нагрузок поддерживают режим изменения своего состояния по списку заданных пользователем значений, что позволяет реализовать сложные алгоритмы тестов, максимально соответствующие работе проверяемых устройств в реальных условиях.

Основные режимы работы электронных нагрузок.

Расчеты квартирной электросети

Для того чтобы выбрать сечение кабеля и номинал автомата защиты необходимо рассчитать предполагаемую нагрузку этой сети.При расчете загрузки электросети нужно помнить, что расчет токовой нагрузки отдельного бытового прибора и группы из нескольких потребителей отличаются друг от друга. Расчет токовой нагрузки и выбор автомата защиты в однофазной электросети, 220 вольт для одиночного потребителя достаточно прост. Для этого нужно вспомнить основной закон электротехники (закон Ома), посмотреть в паспорте на прибор его потребляемую мощность и рассчитать токовую нагрузку. Например: проточный водонагреватель на 220 В. Потребляемая мощность 5 кВт. Ток нагрузки можно рассчитать по закону Ома.

Інагрузки=3000 Вт/220 В=13,6 А.

Вывод: на линию для электропитания проточного водонагревателя нужно установить автомат защиты не менее 14 А. Таких автоматов в продаже нет, поэтому выбираем автомат с большим ближайшим номиналом в 16 А. Рассмотрим расчет токовой нагрузки и выбор автомата защиты в однофазной электросети, 220 вольт для электропроводки квартиры или группы в этой квартире. Под группой электропроводки понимается несколько потребителей подключенных параллельно к одному питающему кабелю от электрощитка. Для группы устанавливается общий автомат защиты. Автомат защиты устанавливается в квартирном электрощите или этажном щитке. Расчет сети электрогруппы отличается от расчета сети одиночного потребителя. Для расчета токовой нагрузки электрогруппы потребителей вводится так называемый коэффициент спроса (Кс), который определяет вероятность одновременного включения всех потребителей в группе в течение длительного промежутка времени. Кс=1 соответствует одновременной работе всех электроприборов группы. Понятно, что включения и работы всех электроприборов в квартире одновременно практически не бывает. Есть целые системы расчета коэффициента спроса для домов, подъездов. Для каждой квартиры коэффициент спроса различается для отдельных комнат, отдельных потребителей и даже для различного стиля жизни жильцов. Например, коэффициент спроса для телевизора обычно равен 1, а коэффициент спроса пылесоса равен 0,1.

Поэтому для расчета токовой нагрузки и выбора автомата защиты в группе электропроводки коэффициент спроса влияет на результат. Расчетная мощность группы электропроводки рассчитывается по формуле:

Ррасчетная = Кспроса х РустановочнаяIнагрузки = Ррасчетная/220 В

В табл. 1 приведены электроприборы одной небольшой квартиры. Рассчитаем токовую нагрузку для нее и выберем входной автомат защиты с учетом коэффициента спроса.

Расчет приведенной мощности потребителей квартиры Таблица 1

Приведенная мощность в сети рассчитывается как сумма мощностей всех потребителей, умноженная на их коэффициент спроса (правая колонка в табл. 2).

А коэффициент спроса квартиры равен соотношению мощностей: приведенной и полной.

КСквартиры=2842/8770=0,32.

Ток нагрузки рассчитывается из Приведенной мощности:

ІН=2843 Вт/220 В = 12,92 А.

Соответственно, выбираем автомат защиты на шаг больше: 16 А. Теперь определимся, как выбрать сечения кабелей для различных групп электропроводки По приведенным выше формулам можно рассчитать мощность электросети и значение рабочего тока в сети. Останется по полученным значениям выбрать сечение электрического кабеля, который можно использовать для рассчитываемой проводки в квартире. Правила устройства электроустановок ПУЭ такую таблицу приводят (табл. 2). По таблице ниже ищем значение:

• рассчетного тока нагрузки;
• расчетную мощность сети.

Затем выбираем сечение электрического кабеля.

Выбор сечения медного кабеля Таблица 2

Это интересно знать. Таблица приводится для медных жил кабелей, потому что использование кабелей с алюминиевыми жилами в электропроводке жилых помещений уже запрещено.

Табл. 3 может пригодиться для правильного выбора сечения кабеля и автоматов защиты. Это номенклатура мощностей электробытовых приборов и машин для расчета в электросетях жилых помещений (из нормативов для определения расчетных электрических нагрузок зданий (квартир), коттеджей, микрорайонов (кварталов) застройки и элементов городской распределительной сети).

Установленная мощность некоторых бытовых электроприборов Таблица 3

Мощность ток напряжение, расчёты для однофазной сети 220 В

Сила тока I (в амперах, А) подсчитывается по формуле:

P – электрическая полная нагрузка (обязательно указывается в техническом паспорте устройства), Вт (ватт)

U – напряжение электрической сети, В (вольт)

Ниже в таблице представлены величины нагрузки типичных бытовых электроприборов и потребляемый ими ток (для напряжения 220 В).

Электроприбор	Потребляемая мощность, Вт	Сила тока, А
Стиральная машина	2000 – 2500	9,0 – 11,4
Джакузи	2000 – 2500	9,0 – 11,4
Электроподогрев пола	800 – 1400	3,6 – 6,4
Стационарная электрическая плита	4500 – 8500	20,5 – 38,6
СВЧ печь	900 – 1300	4,1 – 5,9
Посудомоечная машина	2000 — 2500	9,0 – 11,4
Морозильники, холодильники	140 — 300	0,6 – 1,4
Мясорубка с электроприводом	1100 — 1200	5,0 — 5,5
Электрочайник	1850 – 2000	8,4 – 9,0
Электрическая кофеварка	6з0 — 1200	3,0 – 5,5
Соковыжималка	240 — 360	1,1 – 1,6
Тостер	640 — 1100	2,9 — 5,0
Миксер	250 — 400	1,1 – 1,8
Фен	400 — 1600	1,8 – 7,3
Утюг	900 — 1700	4,1 – 7,7
Пылесос	680 — 1400	3,1 – 6,4
Вентилятор	250 — 400	1,0 – 1,8
Телевизор	125 — 180	0,6 – 0,8
Радиоаппаратура	70 — 100	0,3 – 0,5
Приборы освещения	20 — 100	0,1 – 0,4

Различные потребители электроэнергии подключаются через соответствующие автоматы к электросчётчику и далее общему автомату, который должен быть рассчитан на нагрузку приборов, которыми будет оборудована квартира. Провод, который подводит питание также должен удовлетворять нагрузке энергопотребителей.

Мощность ток напряжение, расчёты для трёхфазной сети 380 В

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

где P -потребляемая мощность, Вт;

U — напряжение в сети, В,

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

I = P /657, 4.

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

Сечение жилы провода, мм 2	Диаметр жилы проводника, мм	Медные жилы	Алюминиевые жилы
Ток, А	Мощность, Вт	Ток, А	Мощность, кВт
0,50	0,80	6	2250
0,75	0,98	10	3800
1,00	1,13	14	5300
1,50	1,38	15	5700	10	3800
2,00	1,60	19	7200	14	5300
2,50	1,78	21	7900	16	6000
4,00	2,26	27	10000	21	7900
6,00	2,76	34	12000	26	9800
10,00	3,57	50	19000	38	14000
16,00	4,51	80	30000	55	20000
25,00	5,64	100	38000	65	24000

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

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%.

Хочется написать ответ на этот вопрос, чтобы расставить все точки над «i». При расчете любых конструкций всплывают оба эти термина. Причем как нагрузки могут быть и в виде сил, и в виде моментов, так и усилия.

Как же не запутаться в этих понятиях и выполнить расчет с пониманием?

Давайте рассмотрим алгоритм любого расчета.

Виды электрической мощности в электроэнергетике

Активная мощность – это среднее значение мощности за полный период. Активная мощностью называют полезную мощность, которая расходуется на совершение работы – преобразование электрической энергии в другие виды энергии (механическую, световую, тепловую). Измеряется в Ваттах (Вт).

Максимальная мощность – это величина мощности, обусловленная составом энергопринимающего оборудования и технологическим процессом потребителя, исчисляемая в

Мгновенная мощность – мощность в данный момент времени. В общем случае это скорость потребления энергии. Различают среднюю мощность за определенный промежуток времени и мгновенную мощность в данный момент времени. В электроэнергетике под понятием мощность понимается средняя мощность.

Полная мощность – это геометрическая сумма активной и реактивной мощности (см. Треугольник мощностей). Измеряется в Вольт-Амперах (ВА).

Присоединенная мощность – это совокупная величина номинальной мощности присоединенных к электрической сети (в том числе и опосредованно) трансформаторов и энергопринимающих устройств потребителя электрической энергии, исчисляемая в МВт.

Расчетная мощность – величина ожидаемой мощности на данном уровне электроснабжения. Данная мощность является важнейшим показателем, поскольку исходя из неё выбирается электрооборудование. Расчетная мощность показывает фактическую величину потребления энергопринимающими устройствами и зависит от конкретного потребителя (многоквартирные дома, различные отрасли производства). Получение величины расчетной мощности представляет собой сложную задачу, в которой должны учитываться различные факторы, такие как сезонность нагрузки, особенности технологии. На основании статистических данных разработаны таблицы коэффициентов использования, по которым величина расчетной мощности находится как произведение установленной мощности на коэффициент использования.

Реактивная мощность – это мощность, которая обусловлена наличием в электрической сети устройств, которые создают магнитное поле (емкости и индуктивности). Интерес представляет не само магнитное поле, а характер прохождения по таким элементам переменного тока, а именно появление фазового сдвига между приложенным напряжением и током в элементах сети, таких как (электродвигатели, трансформаторы, конденсаторы).

Реактивная мощность в сети может быть, как избыточная, так и дефицитная это обусловлено характером установленного оборудования. Избыточная реактивная мощность (преобладает емкостной характер сети) приводит к повышению напряжения сети, в то время как дефицитная (преобладание индуктивного характера сети) к снижению напряжения. Поскольку в распределительных сетях в большинстве случаев индуктивность преобладает над емкостью, т.е. имеется дефицит реактивной мощности, то в сеть искусственно вносятся емкостные элементы, призванные скомпенсировать индуктивный характер сети, как следствие уменьшить фазовый сдвиг между напряжением сети и током, а это значит передать потребителю в большей степени только активную мощность, а реактивную «сгенерировать» на месте. Этот принцип широко используют сетевые компании, обязывающие потребителей устанавливать компенсационные устройства, однако же установка данных устройств нужна в большей степени сетевой компании, а не каждому потребителю в отдельности. Измеряется в Вольт-Амперах реактивных (ВАр).

Трансформаторная мощность – это суммарная мощность трансформаторов энергопринимающих устройств потребителя электрической энергии исчисляемая в МВт.

Установленная мощность – алгебраическая сумма номинальных мощностей электроустановок потребителя. Наибольшая активная электрическая мощность, с которой электроустановка может длительно работать без перегрузки в соответствии с техническими условиями или паспортом на оборудование.

 Заявленная мощность – это предельная величина потребляемой в текущий период регулирования мощности, определенная соглашением между сетевой организацией и потребителем услуг по передаче электрической энергии, исчисляемая в мегаваттах.

Сбор нагрузок.

Когда расчетная схема определена, когда принято решение, что же будет работать в нашей конструкции, а что «сидеть на шее», следует как можно тщательней разобраться с тем, что же воздействует на нашу конструкцию. И здесь мы впервые сталкиваемся с понятием «нагрузка». Нагрузка– это любое внешнее воздействие, которое влияет на нашу конструкцию. Список нагрузок не так уж велик:

Нагрузка от собственного веса (да, даже под своим собственным весом неправильно рассчитанная конструкция может сломаться) и от веса других элементов, материалов.
Нагрузка от веса людей, мебели, оборудования – в общем всего того, что может быть, может не быть, но важно это учесть и не просчитаться.
Нагрузка от снега.
Нагрузка от ветра.
Нагрузка от температурных воздействий (под действием температур материалы расширяются вплоть до разрушения, это явление также можно выразить в виде нагрузки).
Сейсмическая нагрузка.

Как видите, всё это (ну, за исключением собственного веса) приходит извне, но оказывает значительное влияние на любую конструкцию. Причем каждая нагрузка может располагаться в пространстве произвольным образом по отношению к объекту расчета – и перпендикулярно, и под углом, и вдоль оси. Нагрузки могут сочетаться между собой, могут исключать друг друга. В общем, вариантов масса, но все это нам нужно свести в единую систему, найти наихудший вариант и запроектировать такую конструкцию, которая этот наихудший вариант сможет на собственных плечах вынести. Каким же приемом пользуются в расчете, чтобы перевести нагрузки в удобоваримый формат? Ведь нагрузок может быть масса, но глядя на них, не сразу возможно понять, плохо или хорошо они воздействуют на конструкцию. Именно для прояснения картины с нагрузками в алгоритме расчета присутствует следующий, очень важный шаг.

По какой формуле вычисляется

Расчет силы тока по мощности и напряжению в сети постоянного тока

Для расчета силы I (тока), надо величину U (напряжения) разделить на величину сопротивления.

Расчет силы тока по мощности и напряжению:

Измеряется в амперах.

Для такого случая электрическую Р (активную мощность) можно посчитать как произведение силы электрического I на величину U.

Формула расчета мощности по току и напряжению:

Все компоненты в этих двух формулах характерны для постоянного электротока и их называют активными.

Исходя из этих двух формул, можно вывести также еще две формулы, по которым можно узнавать P:

Однофазные нагрузки

В однофазных сетях переменного электротока требуется произвести вычисление отдельно для Р и Q нагрузки, затем надо при помощи векторного исчисления их сложить.

В скалярном виде это будет выглядеть так:

В результате расчет P, Q, S имеет вид прямоугольного треугольника. Два катета этого треугольника представляют собой P и Q составляющие, а гипотенуза — их алгебраическую сумму.

S измеряется в вольт-амперах (ВА), Q измеряется в вольт-амперах-реактивных (ВАр), Р измеряется в ваттах (Вт).

Зная величины катетов для треугольников, можно рассчитать коэффициент мощности (cos φ). Как это сделать, показано на изображении треугольника.

Расчет в трехфазной сети

Переменный I (ток) отличается от постоянного по всем параметрам, особенно наличием нескольких фаз. Расчет P в трехфазной нагрузке необходим для правильного определения характеристик подключаемой нагрузки. Трехфазные сети широко применяются в связи с удобством эксплуатации и малыми материальными затратами.

Трехфазные цепи могут соединяться двумя способами – звездой и треугольником. На всех схемах фазы обозначают символами А, В, С. Нейтральный провод обозначают символом N.

При соединении звездой различают два вида U (напряжения) – фазное и линейное. Фазное U определяется как U между фазой и нейтральным проводом. Линейное U определяется как U между двумя фазами.

Эти два U связаны между собой соотношением:

Линейные и фазные электротоки при соединении звездой равны друг другу: IЛ = IФ

Форма расчета S при соединении звездой:

S = SA + SB + SC = 3 × U × I

Р = 3 × Uф × Iф × cosφ

Q = √3 × Uф × Iф × sinφ

При соединении треугольником фазное и линейное U равны друг другу: UЛ = UФ

Линейный I при соединении треугольником определяется по формуле:

Формулы мощности электрического тока при соединении треугольником:

• S = 3 × Sф = √3 × Uф × Iф;
• Р = √3 × Uф × Iф × cosφ;
• Q = √3 × Uф × Iф × sinφ.

Активная нагрузка

К устройствам с активной нагрузкой причисляются нагревательные приборы (утюги, электроплиты, лампы накаливания, электрические чайники). Подобные приборы вырабатывают тепло и свет. Они не содержат индуктивности и емкости. Активная нагрузка преобразовывает электроэнергию в свет и тепло.

Реактивная нагрузка содержит емкость и индуктивность. Данные параметры имеют качество собирать энергию, а потом отдавать ее в сеть. Примером может служить электродвигатель, электрическая мясорубка, бытовой инструмент (пылесос, кухонный комбайн). То есть, все устройства, которые содержат электродвигатели.