Как составить баланс мощностей для цепи переменного тока

  1. Баланс мощностей в цепи переменного тока

Пусть источник ЭДС
нагружен на сопротивление(рис. 3.25).

Рис. 3.25

Известна величина тока в цепи
.
Рассмотрим так называемыйсопряженный
комплекс тока
,
аргумент которого (начальная фаза) имеет
противоположный знак по сравнению с
аргументом исходного тока.

Обозначим
комплексная мощность источника.
Раскроем последнее выражение:

(3.27)

Таким образом, активная мощность
источника равна действительной части
комплексной мощности
,
а реактивная мощность – мнимой части.

Активная мощность приемников может
быть записана с использованием комплексных
действующих значений токов и комплексных
сопротивлений как
,
а реактивная мощность —.

Математически баланс активных и
реактивных мощностей в комплексной
форме можно представить одним выражением.
Так, для цепи с источниками ЭДС и тока
оно имеет вид

,

или

.
(3.28)

Рис. 3.26

Составим для цепи рис. 3.26 баланс мощностей
в комплексной форме:

  1. Общее условие возникновения резонанса напряжений.

Резонанс напряжений может возникать в
цепях с последовательным соединением
участков, содержащих индуктивности и
емкости. Примеры таких цепей приведены
на рис. 6.2.

а)

б)

Рис. 6.2

Общее условие возникновения резонанса
напряжений
– равенство нулю
входного реактивного сопротивления
цепи
.

  1. Общее условие возникновения резонанса токов

Резонанс токов может возникать в цепях
с параллельным соединением участков,
содержащих индуктивности и емкости.
Примеры таких цепей приведены на рис.
6.11.

а)
б)

Рис. 6.11

Общее условие возникновения резонанса
токов
– равенство нулю входной
реактивной проводимости цепи
.

  1. Расчет напряжения смещения нейтрали в несимметричной трехфазной цепи «Звезда-Звезда»

Несимметричный
режим работы
трехфазной цепи (при
симметричном генераторе)обусловлен
неравенством комплексных сопротивлений
фаз нагрузки
. В этом случае отдельные
напряжения или токи трехфазной цепи не
образуют симметричные системы, а в схеме
“звезда – звезда без нулевого провода”,
кроме того, появляется так называемоенапряжение смещения нейтрали(разность потенциалов между нулем
генератора и нулем нагрузки).

.
(7.56)

  1. Системы прямой, обратной и нулевой последовательностей.

Любая
несимметричная трехфазная система
токов, напряжений, ЭДС, магнитных потоков
может быть представлена в виде суммы
трех симметричных систем: прямой,
обратной и нулевой последовательностей
фаз. Условимся обозначать величины
прямой последовательности индексом
“1”, обратной — “2” и нулевой — “0”.

Система
прямой последовательности
состоит
из трех векторов,,,
равных по модулю и сдвинутых относительно
друг друга на угол,
причем векторотстает от векторана угол(рис. 8.3 а). Всистеме обратной
последовательности
(рис. 8.3 б) векторопережает вектор.Система нулевой последовательностиобразуется тремя одинаковыми векторами(рис. 8.3 в).

а) б)
в)

Рис. 8.3

Привет, мой друг, тебе интересно узнать все про баланс мощностей в цепях переменного тока, тогда с вдохновением прочти до конца. Для того чтобы лучше понимать что такое
баланс мощностей в цепях переменного тока, комплексная мощность источника , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электротехника, Схемотехника, Аналоговые устройства.

Баланс мощностей – это выражение закона сохранения энергии, в электрической цепи. Определение баланса мощностей звучит так: сумма мощностей потребляемых приемниками, равна сумме мощностей отдаваемых источниками. То есть если источник ЭДС в цепи отдает 1 Вт, то приемники в этой цепи потребляют ровно такую же мощность.

Баланс мощностей. Из закона сохранения энергии следует, что сумма мгновенных мощностей, отдаваемых всеми источниками цепи, должна быть равна сумме мгновенных мощностей, потребляемых всеми приемниками энергии:

Баланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачи

где пит — число источников и приемников энергии в цепи.

Примечание. Заметим, что потребляется и отдается не мощность, а электрическая энергия.

Уравнение (2.82) называют уравнением (условием) баланса мощностей.

В цепях синусоидального тока рассматривают баланс комплексных, активных и реактивных мощностей.

Условием баланса комплексных мощностей является соотношение, аналогичное (2.82): Баланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачи

Для практических расчетов условие баланса комплексных мощностей цепи представляют в следующем виде:

Баланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачи

при этом слагаемые, стоящие в левой части (2.84), берут со знаком «плюс», если совпадают направления тока Ik и ЭДС Ек источника напряжения и не совпадает направление тока Jk с направлением напряжения Uk на зажимах источника тока. В противном случае эти слагаемые берут со знаком «минус».

Из условия баланса комплексных мощностей следуют условия баланса активных и реактивных мощностей:

• активная мощность, отдаваемая всеми источниками энергии, равна активной мощности всех ее потребителей (она полностью расходуется в резистивных элементах цепи):

Баланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачи

• реактивная мощность всех источников равна реактивной мощности всех потребителей (она циркулирует между источниками энергии и ее потребителями):

Баланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачи

где Rk и jXk = jXLkjXCk действительная и мнимая части комплексного сопротивления к-то пассивного элемента.

Баланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачи

Баланс мощностей для постоянного тока —

Баланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачи

ИлиБаланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачи

Коэффициент мощности

Генератор или электрооборудование энергетически выгодно эксплуатировать, если оно совершает максимальную работу . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Работа в электрической цепи определяется активной мощностью Р.
Коэффициент мощности показывает, насколько эффективно используется генератор или электрооборудование

λ=P/S=cosφ≤1

С уменьшением коэффициента мощности стоимость потребляемой электроэнергии возрастает .
Способы увеличения коэффициента мощности

Мощность максимальна в случае, когда Р = S, т.е. в случае резистивной цепи.
Генератор осуществляет только необратимые преобразования энергии и не участвует в колебательных процессах обмена энергией с электромагнитным полем приемников, в режиме максимальной мощности.
Потребители электрической энергии в основном имеют схему замещения RL элемента, поэтому увеличение коэффициента мощности возможен с помощью компенсации реактивной мощности подключением емкостного элемента (QL-QС), подключение емкостного элемента снижает ток в линии электропередачи, что позволяет уменьшить сечение электропроводов, а это приводит к экономии электропроводящих материалов.
Значение коэффициента мощности в энергосистемах зависит насколько грамотно эксплуатируется электротехнические установки и приборы.
сosφ может снижаться, если установки работают в режиме холостого хода, или недогружены

При решений электротехнических задач, часто нужно проверить правильность найденных значений. Для этого в науке ТОЭ, существует так называемый баланс мощностей.

Пусть источник ЭДС Баланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачинагружен на сопротивлениеБаланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачи(рис. 3.25).

Баланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачи

Рис. 3.25

Известна величина тока в цепи Баланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачи. Рассмотрим так называемыйсопряженный комплекс тока Баланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачи, аргумент которого (начальная фаза) имеет противоположный знак по сравнению с аргументом исходного токаБаланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачи .

Обозначим Баланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачи
комплексная мощность источника
. Раскроем последнее выражение:

Баланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачи(3.27)

Таким образом, активная мощность источника равна действительной части комплексной мощности Баланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачи,

а реактивная мощность – мнимой частиБаланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачиБаланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачи.

Активная мощность приемников может быть записана с использованием комплексных действующих значений токов и комплексных сопротивлений как Баланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачи, а реактивная мощность — Баланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачи.

Математически баланс активных и реактивных мощностей в комплексной форме можно представить одним выражением. Так, для цепи с источниками ЭДС и тока оно имеет вид

Баланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачи,

или

Баланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачи. (3.28)

Баланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачи

Рис. 3.26

Составим для цепи рис. 3.26 баланс мощностей в комплексной форме:

Баланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачи

Пример

Упражнение 1. Для цепи (рис. 2.49) с параметрами Е = 10еj90° В, J = j60°) А, R1, = R2 = R3 = ХL1 = Хсз = ХС4 = 5 Ом.

рассчитать комплексы напряжений и токов ветвей.

Правильность результатов расчета проверить посредством составления баланса мощностей.

Баланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачи

Рис 2.49

Решение.

1. Находим комплексы узловых Y11, и Y22, межузловой Y12 проводимостей и комплексы узловых токов J11 и J22:

Рис. 2.49

Баланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачи

2. Воспользовавшись калькулятором ElCalc, определим комплексы узловых U11 и U22 и межузлового U12 напряжений:

Баланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачи

3. Находим комплексы токов ветвей по закону Ома:

Баланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачи

4. Комплексная мощность, отдаваемая источниками,

Баланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачи

должна быть равна комплексной мощности, потребляемой приемниками:

Баланс мощностей в цепях переменного тока, пример решения задачи

Таким образом, условие баланса мощностей с допустимой погрешностью выполнено.

Тебе нравиться баланс мощностей в цепях переменного тока? или у тебя есть полезные советы и дополнения? Напиши другим читателям ниже. Надеюсь, что теперь ты понял что такое баланс мощностей в цепях переменного тока, комплексная мощность источника
и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания,
то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории
Электротехника, Схемотехника, Аналоговые устройства

Баланс мощностей электрической цепи

Электрическая цепь предполагает передачу определенной мощности от источника к потребителю. При этом, должно сохраняться равновесие, если схема состоит из сопротивлений, индуктивности. Статья раскроет тему, что такое баланс мощностей в простой цепи переменного тока. Будет описан этот показатель для постоянного напряжения, приведены формулы вычисления.

Определение

Вычисление данного параметра в электрической цепи основано на известном законе сохранения энергии. Из него следует, что мгновенные показатели, передаваемые от источника, должны быть равны сумме значений, которую получают потребители.

Баланс для мощностей представляет собой общеизвестный нам закон сохранения энергии. Выражение данного закона в этом случае — сумма всей энергии от источников (генератора или блока питания) равняется сумме, которую получают приемники.

Баланс мощностей

Можно использовать альтернативный вариант. Для него формула при этом имеет вид как на рисунке ниже:

Баланс мощностей альтернативный вариант

Стоит принять во внимание, что любая электрическая схема имеет сопротивление. Описываемая величина с сопутствующими значениями рассчитывается с учетом разновидности напряжений. Принимая во внимание закон сохранения энергии, стоит учитывать, что по электрической схеме всегда передается энергия.

Назначение

Составление простого баланса мощностей используют для точного определения расхождений между передаваемой и получаемой энергиями. Также, уравнение баланса мощностей применяется для решения многих электротехнических задач.

Переменный ток

Баланс мощностей в простой цепи переменного тока рассчитывается по более сложной формуле. Баланс мощностей в простой цепи синусоидального тока учитывает комплексные, реактивные и активные параметры.

  1. Комплексная. Состоит из мощностей передаваемых и получаемых. Необходимо будет выполнить расчет, в котором все слагаемые левой части формулы являются положительными (идут со знаками +), при условии, когда совпадает направление заряженных частиц «Ik» с «ЭДС». Должно соблюдаться правило не совпадения «Jk» с направлением напряжения «Uk». Если условия не соответствуют установленным требованиям, все данные левой части формулы становятся отрицательными. Формула приведена ниже.формула с комплексными параметрами
  2. Активные. Значения, отдающиеся источником равны принимаемым потребителями. Вычисление активной мощности полностью зависит от представленной комплексной энергии. Активное значение является расходуемым, невосполнимым, так как уходит на работу приборов. Данный метод вычисления и его формула представлены ниже.формула с активными параметрами
  3. Реактивная мощность источника с потребителем равны. Единственное отличие заключается в том, что этот параметр не растрачиваемый. Данный показатель просто циркулирует по схеме. Формула представлена ниже.

Формула с реактивными параметрами

Главное отличие рассматриваемой величины — это наличие ненаправленного движения переменного тока по проводникам. Параметр такой схемы может быть увеличен или уменьшен (например, генератором), что может повлиять на конечный результат.

Постоянный ток

В электрической цепи постоянного тока напряжение и мощность всегда одного значения. Поэтому сделать вычисление намного проще. Можно сделать расчет на основе достаточно простого примера.

  1. В цепи имеется ЭДС «Е» и резистор «R». При расчете должна быть найдена сила тока.Надо найти баланс мощностей для схемы
  2. I=E/R. Подставляем имеющиеся значения, получаем I=10/10=1 ампер.
  3. Так мы нашли силу тока. Теперь нам будет нужен параметр мощности приемника «R» и источника.
  4. Pист=I×E=1×10=10 Ватт. Это значение для источника.
  5. Теперь для того, чтобы найти Р для приемника делаем расчет как на рисунке ниже.Находим мощность приемника по формуле
  6. Теперь составим общий баланс — 10 ватт=10 ватт. Данный подсчет показал, что для представленной схемы сохраняется равновесие.

При вычислении параметров этой схемы имеет смысл учесть расход приемника. Резистор при нагреве выделяет тепло, а значит выполняется преобразование электричества в тепло. Беря во внимание физический закон сохранения, тепло выделяемое резистором также будет равно 10 Ватт.

Заключение

В статье было приведено описание, способ расчета баланса мощностей для постоянного и переменного тока. Для электротехники данный баланс очень важен, ведь с помощью него можно выполнять различные расчеты.

Видео по теме



Баланс мощностей в цепях переменного тока

Комплексной мощностью называется произведение комплекса действующего значения напряжения на сопряжённый комплекс действующего значения тока .

Знак мнимой части сопряжённого комплекса изменён на обратный ( ) знак заданного комплексного числа (пример: , )).

Пусть на участке электрической цепи известно напряжение , ток . Сопряжённый ток равен: .

Тогда полная комплексная мощность данного участка равна:

,

где – сдвиг фаз между напряжением и током.

, [Вт] – активная мощность участка,

, [ВАр] – реактивная мощность участка.

Знак «+» перед соответствует индуктивному характеру сопротивления , знак «–» соответствует ёмкостному характеру .

При выполнении условия баланса мощностей активная и реактивная мощности источников питания должны равняться потребляемым активной и реактивной мощностям.

Мощности источника Э.Д.С. определяем по формуле:

,

где – сопряжённый комплекс тока в ветви с источником Э.Д.С.

Мощность источника тока:

,

где – напряжение на зажимах источника тока;

– сопряжённый ток источника тока.

Мощность источника Э.Д.С. входит в выражение баланса со знаком «+», если направление Э.Д.С. источника и тока в этой ветви совпадают; если направления Э.Д.С. источника и тока не совпадают, то мощность источника Э.Д.С. отрицательная.

Мощность источника тока входит в выражение баланса со знаком «+», если ток источника и напряжения на его зажимах направлены навстречу друг другу. При совпадении направлений тока источника и напряжения мощность источника отрицательная.

Активная и реактивная мощности потребителей равны соответственно:

, [Вт],

где – модуль действующего значения тока i–ой ветви.

, [ВАр],

где – эквивалентное реактивное сопротивление i–ой ветви.

При выполнении условия баланса мощностей:

;

.

Примеры расчёта цепей однофазного синусоидального тока

Пример 6.1

Решение

Для расчёта будем использовать метод контурных токов.

Значение контурного тока принимаем равным величине источника тока . Уравнение составляем для контурного тока :

.

Выражаем ток из предыдущего уравнения:

.

Ток в третьей ветви равен контурному току , . Запишем этот ток в показательной форме комплексного числа:

.

Ток во второй ветви определим как алгебраическую сумму контурных токов, проходящих через данную ветвь:

.

Полная мощность приёмников определяется по формуле:

.

Активную мощность приёмников в данной схеме определим по следующей формуле:

.

Реактивную мощность приёмников определяем по формуле:

.

Полная мощность, выделяемая в систему источниками, определяется по формуле:

,

.

;

.

Выполнение баланса мощностей подтверждает правильность решения задачи.

Ответ: ; .

Пример 6.2

Решение

Записываем функцию времени в виде показательной формы комплексного числа:

.

Определяем входное сопротивление схемы относительно зажимов источника напряжения:

.

Мгновенное значение тока имеет вид:

.

Ответ: .

Пример 6.3

Рассчитать токи , , в схеме примера 6.2 графоаналитическим методом, построить топографическую диаграмму напряжений, совмещённую с векторной диаграммой токов.

Решение

Графоаналитический метод расчёта – это совокупность графического метода и метода пропорционального пересчёта. Метод основан на линейной зависимости между токами и напряжениями. Поэтому векторная диаграмма напряжений и токов, рассчитанная и построенная для одного значения, питающего цепь напряжения, сохранит свой вид при изменении величины этого напряжения. На диаграмме изменятся лишь масштабы напряжений и токов.

Принимаем действующее значение тока . Откладываем вектор в горизонтальном направлении (рис. 6.4).

Рис. 6.4

Токи и напряжения, определённые с помощью диаграммы, будем обозначать одним штрихом.

Определяем по законуОма для действующих значений напряжения на участках « » и « » цепи.

;

.

Строим вектора данных напряжений. Участок « » содержит ёмкость, напряжение на нём отстаёт от тока на , участок « » – резистивный – его напряжение совпадает с током по фазе. Концы векторов напряжений обозначаем соответствующими буквами.

Сумма векторов и определяет вектор напряжения на участке «ce». Из диаграммы по масштабу определяем величину напряжения Далее по закону Ома для участка с резистором определяем ток . Вектор тока строим с учётом масштаба из конца вектора , учитывая, что совпадает по фазе с напряжением . Сумма векторов и даёт вектор тока в общей ветви цепи: . По диаграмме определяем действующее значение . Теперь определяем действующие значения напряжений и . Строим вектор из точки С. Напряжение опережает ток на , т.к. участок « » – индуктивный, напряжение совпадает по фазе с током , т.к. участок « » содержит активное сопротивление.

Теперь соединим начало координат (точку «е») с точкой «а», получим вектор приложенного к цепи напряжения , равный с учётом : . Входное напряжение имеет начальную фазу . С учётом этого строим координатные оси. Ось вещественных чисел является осью отсчёта углов начальных фаз всех токов и напряжений.

По условию задачи 6.2. действующее значение входного напряжения равно . Для определения истинных значений токов и напряжений вводим коэффициент пересчёта .

Определим исходные токи:

;

;

.

Мгновенные значения этих токов:

;

;

.

Аналогично определяют напряжения на участках цепи.

Построенная в такой последовательности векторная диаграмма напряжений носит название топографической.

Следует помнить!

1) Построение топографической диаграммы начинается из точки, наиболее удалённой от входных зажимов и соответствующей отрицательной полярности источника. Эта точка является базисной, её потенциал условно равен нулю, её помещают в начало координат.

2) Построение векторов напряжений производят навстречу токам. Длина вектора равна его действующему значению, угол между вектором и осью абсцисс равен начальной фазе напряжения.

3) Построение векторов напряжений производят строго в соответствии с расположением элементов в цепи.

4) Каждой точке схемы соответствует определённая точка на топографической диаграмме. Топографические диаграммы представляют диаграммы комплексных потенциалов.

5) Конец вектора напряжения на топографической диаграмме указывает точку высшего потенциала.

Топографическая диаграмма позволяет измерить величину и начальную фазу напряжения любого участка цепи, не участвующего в расчёте. Например, действующее значение между точками « » и « » схемы:

; начальная фаза .

Следовательно .

Пример 6.4

Решение

Применим метод комплексных амплитуд. Изобразим расчетную схему без подключенных приборов (рис. 6.6).

Рис. 6.6

еделим комплексное сопротивление цепи:

;

Запишем комплекс действующего значения входного нпряжения: .;

По закону Ома определяем входной ток:

.

Для определения токов и рассчитаем напряжение :

т.к. , то .

Токи и соответственно равны:

;

. ..

Определим показания ваттметра:

.

Расчет подтверждает – что активная мощность в ветви с конденсатором отсутствует.

Замечание! При расчете показаний ваттметра положительные направления тока , протекающего через последовательную обмотку ваттметра и напряжения , приложенного к параллельной обмотке ваттметра должны быть одинаковы относительно одноименных зажимов обмоток прибора, обозначенных точкой. Тогда , и стрелка ваттметра отклоняется по шкале вправо. Для построения векторной диаграммы выбираем масштабы напряжений и токов: , .

Векторную диаграмму токов строим согласно первого закона Кирхгофа в комплексной форме ; векторную диаграмму напряжений – согласно второго закона Кирхгофа в комплексной форме . Построение начинаем с вектора тока . Под углом к оси вещественных чисел строим вектор, длина которого равна в выбранном масштабе. Из конца вектора строим вектор тока , что соответствует сложению векторов. Результирующий вектор .

Рис. 6.7

Строим вектора напряжений на всех участках цепи. Построение начинаем из начала координат с вектора напряжения . Длина вектора соответствует действующему значению в выбранном масштабе напряжений. Направление вектора совпадает с направлением вектора тока , т.к. участок a–d – резистивный. Действующее значение напряжения . Вектор опережает ток , на . Сумма векторов напряжений и равна вектору напряжения , что соответствует рассчитанному ранее значению: . Вольтметр, подключенный параллельно участку а – в, покажет действующее значение .

Из конца вектора строим вектор напряжения . Длина вектора равна действующему значению в выбранном масштабе напряжений. Вектор опережает вектор тока на .

Длина результирующего вектора равна его действующему значению , начальная фаза , что соответствует исходным данным задачи.

Составим уравнение баланса мощностей в комплексной форме и проверим его выполнение:

.

; .

Активная мощность потребителей:

.

Реактивная мощность потребителей:

Баланс мощностей выполняется.

Ответ: ; ; ;

; ;

; ; .

Пример 6.5

Решение

Принимаем 1-ый узел за базисный: .

Потенциалы 2–го и 4–го узлов будут соответственно равны:

, .

Составляем уравнение для 3–го узла:

.

Подставим в уравнение численные значения:

;

;

;

.

Решив последнее равенство, получим:

, т.е. .

Запишем мгновенное значение напряжения:

.

Ответ: ; .

Баланс мощностей электрической цепи

Электрическая цепь предполагает передачу определенной мощности от источника к потребителю. При этом, должно сохраняться равновесие, если схема состоит из сопротивлений, индуктивности. Статья раскроет тему, что такое баланс мощностей в простой цепи переменного тока. Будет описан этот показатель для постоянного напряжения, приведены формулы вычисления.

Определение

Вычисление данного параметра в электрической цепи основано на известном законе сохранения энергии. Из него следует, что мгновенные показатели, передаваемые от источника, должны быть равны сумме значений, которую получают потребители.

Баланс для мощностей представляет собой общеизвестный нам закон сохранения энергии. Выражение данного закона в этом случае — сумма всей энергии от источников (генератора или блока питания) равняется сумме, которую получают приемники.

Можно использовать альтернативный вариант. Для него формула при этом имеет вид как на рисунке ниже:

Стоит принять во внимание, что любая электрическая схема имеет сопротивление. Описываемая величина с сопутствующими значениями рассчитывается с учетом разновидности напряжений. Принимая во внимание закон сохранения энергии, стоит учитывать, что по электрической схеме всегда передается энергия.

Назначение

Составление простого баланса мощностей используют для точного определения расхождений между передаваемой и получаемой энергиями. Также, уравнение баланса мощностей применяется для решения многих электротехнических задач.

Переменный ток

Баланс мощностей в простой цепи переменного тока рассчитывается по более сложной формуле. Баланс мощностей в простой цепи синусоидального тока учитывает комплексные, реактивные и активные параметры.

  1. Комплексная. Состоит из мощностей передаваемых и получаемых. Необходимо будет выполнить расчет, в котором все слагаемые левой части формулы являются положительными (идут со знаками +), при условии, когда совпадает направление заряженных частиц «Ik» с «ЭДС». Должно соблюдаться правило не совпадения «Jk» с направлением напряжения «Uk». Если условия не соответствуют установленным требованиям, все данные левой части формулы становятся отрицательными. Формула приведена ниже.
  2. Активные. Значения, отдающиеся источником равны принимаемым потребителями. Вычисление активной мощности полностью зависит от представленной комплексной энергии. Активное значение является расходуемым, невосполнимым, так как уходит на работу приборов. Данный метод вычисления и его формула представлены ниже.
  3. Реактивная мощность источника с потребителем равны. Единственное отличие заключается в том, что этот параметр не растрачиваемый. Данный показатель просто циркулирует по схеме. Формула представлена ниже.

Главное отличие рассматриваемой величины — это наличие ненаправленного движения переменного тока по проводникам. Параметр такой схемы может быть увеличен или уменьшен (например, генератором), что может повлиять на конечный результат.

Постоянный ток

В электрической цепи постоянного тока напряжение и мощность всегда одного значения. Поэтому сделать вычисление намного проще. Можно сделать расчет на основе достаточно простого примера.

  1. В цепи имеется ЭДС «Е» и резистор «R». При расчете должна быть найдена сила тока.
  2. I=E/R. Подставляем имеющиеся значения, получаем I=10/10=1 ампер.
  3. Так мы нашли силу тока. Теперь нам будет нужен параметр мощности приемника «R» и источника.
  4. Pист=I×E=1×10=10 Ватт. Это значение для источника.
  5. Теперь для того, чтобы найти Р для приемника делаем расчет как на рисунке ниже.
  6. Теперь составим общий баланс — 10 ватт=10 ватт. Данный подсчет показал, что для представленной схемы сохраняется равновесие.

При вычислении параметров этой схемы имеет смысл учесть расход приемника. Резистор при нагреве выделяет тепло, а значит выполняется преобразование электричества в тепло. Беря во внимание физический закон сохранения, тепло выделяемое резистором также будет равно 10 Ватт.

Заключение

В статье было приведено описание, способ расчета баланса мощностей для постоянного и переменного тока. Для электротехники данный баланс очень важен, ведь с помощью него можно выполнять различные расчеты.

Видео по теме

Баланс мощностей

Содержание:

Баланс мощностей

Для любой электрической цепи суммарная мощность , развиваемая источниками электрической энергии (источниками тока и ЭДС), равна суммарной мощности , расходуемой потребителями (резисторами):

Мощность, рассеиваемая резистором, , мощность источника ЭДС , мощность источника тока .

Мощности, рассеиваемые резисторами, всегда положительные, в то время как мощности источников электрической энергии, в зависимости от соотношения направления падений напряжения и тока в них, могут иметь любой знак. Мощность положительна, когда направление тока через источник тока противоположно падению напряжения на нем. Он питает электрическую цепь. В противном случае источник питания является отрицательным, и вы являетесь потребителем электрической энергии. Следует заметить, что направление падения напряжения всегда противоположно направлению ЭДС, поэтому для источника ЭДС условием положительной мощности является совпадение направлений ЭДС и тока.

Пример расчёта разветвлённой цепи постоянного тока

Рассмотрим решение задачи для цепи, представленной на рис. 1.6, описанными выше методами расчёта.

Дано

1) все неизвестные токи, используя законы Кирхгофа; показать, что баланс мощностей имеет место;

1) Применение законов Кирхгофа. Баланс мощностей.

Всего в схеме семь ветвей =7, ветвей с источниками тока = 1, число неизвестных токов равно , количество узлов — , число уравнений по первому закону Кирхгофа , число уравнений по второму закону Кирхгофа —

Возможно вам будут полезны данные страницы:

Выберем положительные направления токов и обозначим их стрелками. Выберем и обозначим стрелками направления обхода трёх независимых контуров: Составим систему уравнений по законам Кирхгофа

для узла а ;

для узла b

для узла с или ;

для контура ,

для контура

для контура

Полученные уравнения после подстановки в них числовых значений будут иметь следующий вид:

Решение данной системы:

Баланс мощностей для рассматриваемой цепи

Получено тождество 252 Вт = 252 Вт.

Примечание: падение напряжения на источнике тока определено по второму закону Кирхгофа для контура, содержащего и , как

Баланс мощностей

В любой электрической цепи должен соблюдаться энергетический баланс -баланс мощностей: алгебраическая сумма мощностей всех источников равна арифметической сумме мощностей всех приемников энергии.

В левой части равенства слагаемое берется со знаком «+» если Е и I совпадают по направлению и со знаком если не совпадают.

Если направления ЭДС и тока I в источнике противоположны, то физически это означает, что данный источник работает в режиме потребителя.

На странице -> решение задач по электротехнике собраны решения задач и заданий с решёнными примерами по всем темам теоретических основ электротехники (ТОЭ).

Услуги:

Присылайте задания в любое время дня и ночи в ➔

Официальный сайт Брильёновой Натальи Валерьевны преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.

Все авторские права на размещённые материалы сохранены за правообладателями этих материалов. Любое коммерческое и/или иное использование кроме предварительного ознакомления материалов сайта natalibrilenova.ru запрещено. Публикация и распространение размещённых материалов не преследует за собой коммерческой и/или любой другой выгоды.

Сайт предназначен для облегчения образовательного путешествия студентам очникам и заочникам по вопросам обучения . Наталья Брильёнова не предлагает и не оказывает товары и услуги.

источники:

http://profazu.ru/knowledge/electrical/balans-moshhnostej.html

http://natalibrilenova.ru/balans-moschnostej/

Из закона сохранения энергии следует, что в любой цепи соблюдается баланс как мгновенных, так и активных мощностей. Сумма всех отдаваемых (мгновенных и активных) мощностей равна сумме всех получаемых (соответственно мгновенных или активных) мощностей. Покажем, что соблюдается баланс и для комплексных, и, следовательно, для реактивных мощностей.
Пусть общее число узлов схемы равно n. Здесь будем под узлом понимать и место соединения любых двух элементов схемы (источников и приемников), а под ветвью — каждый участок схемы, содержащий один из ее элементов.
Напишем для каждого из и узлов уравнения по первому закону Кирхгофа для комплексов, сопряженных с комплексными токами:



Эти уравнения записаны в общей форме в предположении, что каждый узел связан со всеми остальными n-1 узлами. При отсутствии тех или иных ветвей соответствующие слагаемые в уравнениях выпадают. При наличии между какой-либо парой узлов нескольких ветвей число слагаемых соответственно увеличивается. Так, например, если между узлами 1 и 2 включены две ветви, то вместо в уравнения войдут суммы .
Умножим каждое из уравнений на комплексный потенциал узла, для которого составлено уравнение, и затем все уравнения просуммируем. Учтем, что комплексы, сопряженные с комплексными токами, входят в эти уравнения дважды (для двух различных направлений), причем и т. д. В результате получим



т. е. сумма комплексных получаемых мощностей во всех ветвях цепи равна нулю. Здесь все слагаемые представляют комплексные получаемые мощности, потому что они вычисляются для одинаковых положительных направлений напряжений (разностей потенциалов) и токов.
Полученное равенство выражает баланс комплексных мощностей. Из него следует равенство нулю в отдельности суммы получаемых активных мощностей и суммы получаемых реактивных мощностей. Так как отрицательные получаемые мощности представляют собой мощности отдаваемые, то можно утверждать, что суммы всех отдаваемых и всех получаемых реактивных мощностей равны друг другу.
Аналогичную формулировку можно придать и балансу комплексных мощностей. Перенеся часть слагаемых в правую часть уравнения с противоположным знаком, т. е. рассматривая их как мощности отдаваемые, убедимся в равенстве сумм комплексных получаемых .и отдаваемых мощностей:



При равенстве сумм комплексных величин суммы их модулей в общем случае не равны друг другу. Отсюда следует, что для полных мощностей S баланс не соблюдается.
Получаемая пассивным двухполюсником реактивная мощность должна равняться сумме реактивных мощностей, получаемых индуктивными и емкостными элементами, которые составляют его схему:



Пользуясь соотношениями (3.47) и (3.48), получаем



Часто вместо (3.48) принимают для реактивной мощности емкостного элемента

при этом



но формула (3.49) не изменяется.
Заметим, что положения этого параграфа могут быть распространены и на цепи, между элементами которых имеются взаимные индуктивности, так как подобные цепи, как будет показано, можно свести путем преобразования к схемам, не содержащим взаимных индуктивностей.

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
  • Как найти местоположение человека через яндекс
  • Как найти площадь треугольника дать определение
  • Как исправить сзв стаж если ошибка в фамилии
  • Как быстро найти работников на производство
  • Как на сайте мамба найти конкретного человека