Schetchiksg.ru

Счетчик СГ
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Реактивное сопротивление для счетчика

Свойства активного и реактивного сопротивления

В электротехнике активным и реактивным сопротивлением принято называть величину, характеризующую силу противодействия участка электрической цепи направленному (упорядоченному) движению частиц или квазичастиц — носителям электрического заряда. Это противодействие формируется методом преобразования электроэнергии в иные формы энергии. В случае необратимого изменения электрической энергии звена цепи в иные виды энергии, противодействие будет активным.

  • Особенность активного и реактивного сопротивления
  • Электротехнический закон реактанса
  • Электрический импеданс

Особенность активного и реактивного сопротивления

Сеть с переменным током обладает необратимой трансформацией и передачей энергии элементам электрической цепи. Осуществляя обменный процесс электроэнергии с компонентами цепи и источником питания, сопротивление будет реактивным.

Если в качестве примера рассматривать микроволновую печь, электрическая энергия в ней необратимо конвертируется в тепловую, в результате чего микроволновая печь получает активное противодействие, равно как элементы, трансформирующие электрическую энергию в световую, механическую и т. д.

Переменный ток, проходя через сосредоточенные электрические элементы, формирует реактивное сопротивление, которое вызвано главным образом индуктивностью и ёмкостью.

Активное сопротивление находится в прямой зависимости от количества полных циклов изменения электродвижущей силы (ЭДС), произошедших за одну секунду. Чем больше это количество, тем выше активное сопротивление.

Однако немало потребителей имеют индуктивные и емкостные свойства в момент прохождения сквозь них переменного тока. К ним можно отнести:

  • конденсаторы;
  • дроссели;
  • электромагниты;
  • трансформаторы.

Следует учитывать как активное, так и реактивное сопротивление, которое обусловлено присутствием в электропотребителе емкостного и индуктивного признака. Прерывая и замыкая цепь постоянного тока, проходящего по любой из обмоток, параллельно с преобразованием тока произойдет и изменение магнитного потока внутри самой обмотки, в итоге в ней появляется электродвижущая сила самоиндукции.

Аналогичная ситуация будет проявляться и в обмотке, подключенной к цепи с переменным током, с тем лишь отличием, что в этом случае ток беспрерывно меняется как по параметру, так и в направлении. Отсюда следует, что беспрерывно будет меняться параметр магнитного потока, проникающего в обмотку, в которой индуктируется электродвижущая сила самоиндукции.

Вместе с тем вектор электродвижущей силы неизменно таков, что он препятствует преобразованию тока. Следовательно, при нарастании внутри обмотки электродвижущая сила самоиндукции будет ставить своей целью приостановить возрастание тока, а при уменьшении — напротив, будет стараться сохранить убывающий ток.

Получается, что ЭДС, появляющаяся внутри проводника (обмотки), задействованного в цепи переменного тока, постоянно будет противодействовать току, препятствуя его изменению. Другими словами, ЭДС можно расценивать как вспомогательное сопротивление, которое совместно с активным сопротивлением катушки создает синергический эффект противодействия идущему через катушку переменному току.

Электротехнический закон реактанса

Формирование реактивного сопротивления происходит с помощью спада реактивной мощности, израсходованной на создание электромагнитного поля в электрической цепи. Спад реактивной мощности образуется способом подсоединения к преобразователю аппарата с активным сопротивлением.

Двухполюснику, подключенному к цепи, получается аккумулировать только лимитированную долю заряда до изменения полярности напряжения на диаметрально противоположную. Благодаря этому электроток не опускается до нулевой отметки, как в цепях постоянного тока. Накопление заряда конденсатором напрямую зависит от частоты электротока.

Формулой реактивного сопротивления определяется мнимая часть импеданса:

Читайте так же:
У меня счетчики надо платить общедомовые нужды

Z = R+jX, где Z — комплексное электросопротивление, R — активное электросопротивление, X — реактивное электросопротивление, j — мнимая единица.

Величину реактивного электросопротивления можно выразить через значения ёмкостного и индуктивного противодействия.

Электрический импеданс

Полное сопротивление цепи переменного тока или импеданс есть отражение трансформирующейся во времени величины тока. В электротехнической литературе обозначается латинской буквой Z. Импеданс является двумерной (векторной) величиной, включающей в себя две независимые скалярные одномерные характеристики: активное и реактивное противодействие переменному электротоку. Проще говоря, полное сопротивление — это активное и реактивное в сумме.

Активный компонент импеданса, обозначаемый буквой R, является критерием уровня, с которым материал противодействует потоку отрицательно заряженных частиц среди своих атомов. Низкоомными материалами принято считать:

  • золото;
  • серебро;
  • медь.

Высокоомные материалы называют диэлектриками или изоляторами. К перечню таких материалов можно отнести:

  • полиэтилен;
  • слюду;
  • оргстекло.

Вещества с промежуточной степенью противодействия относят к группе полупроводников. В эту группу входят:

  • окисды металлов;
  • сернистые соединения;
  • соединения с селеном;
  • химические элементы (мышьяк, германий, фосфор, кремний, сера, теллур, углерод, гален и др.).

Полное сопротивление вычисляется по формуле: Z = √ R 2 +(XL — XC) 2 , где: R — активное электросопротивление; XL — индуктивное сопротивление, единица измерения Ом; XC — емкостное противодействие, единица измерения Ом. Полное противодействие рассчитывается пошагово. Вначале рисуют схему, потом вычисляют равнозначные противодействия индивидуально для активного, индуктивного и емкостного компонентов нагрузки и вычисляется полное противодействие электрической цепи.

Методика определения коэффициента мощности cosj , активного сопротивления RA, и емкости конденсатора С, расчета постоянной электрического счетчика

Коэффициент мощности cosj в цепи переменного тока можно определить, зная мощность, силу тока и напряжение по формуле (20.21).

Для этого необходимо измерить указанные параметры с помощью ваттметра, амперметра и вольтметра соответственно.

Активное сопротивление RA можно рассчитать, измерив с помо щью вольтметра и амперметра напряжение и силу тока на участке цепи, обладающим таким сопротивлением (т.е. на реостате):

Емкость каждого конденсатора Ci можно рассчитать, зная емкость всего блока С. Схема соединения изображена на рисунке 20.5. Все конденсаторы в блоке одинаковы. Емкость блока можно найти из формулы (20.13), рассчитав его емкостное сопротивление:

Количество теплоты Q , выделившееся на активном сопротивлении за время Dt, можно найти, используя электросчетчик. Для этого необходимо воспользоваться или цифровой шкалой счётчика или посчитать число оборотов N1 диска за время наблюдения Dt1 . Считая постоянную А известной, Q можно найти по формуле (20.26). Экспериментальную постоянную счетчика можно рассчитать, зная, при мощности Р в цепи за время Dt2 диск счетчика делает N2 оборотов. Иначе:

Порядок выполнения работы

1. Познакомьтесь со схемой включения приборов и их характеристиками.

2. Включите установку в сеть. Установите в цепи с помощью реостата такой ток, чтобы ваттметр показывал не меньше 50 Вт.

3. Измерьте мощность, силу тока и напряжение. Вычислите коэффициент мощности cosj по формуле (20.21).

4. Данные запишите в таблицу 20.1.

5. Подключите вольтметр V2 с помощью переключателя S к реостату, поставив тумблер переключателя S в положение R. Измерьте напряжение на активном сопротивлении RA. Рассчитайте RA по формуле (20.28).

6. Измените предел измерений вольтметра V2 , поставив переключатель пределов на максимальное значение (Внимание! В случае невыполнения этого пункта в дальнейшей работе вольтметр V2выйдет из строя!).

Читайте так же:
Программный счетчик процесса это

7. Переключите тумблер S в положение С после чего измерьте напряжение UС на реактивном сопротивлении RС. Рассчитайте сопротивление по формуле (20.28).

8. Подсчитайте емкость одного конденсатора, используя схему включения четырех конденсаторов в батарею.

9. Данные запишите в таблицу 20.1.

10. Пользуясь соотношением (20.14), и учитывая, что в данной схеме индуктивность отсутствует, вычислите cosj и сравните с раннее полученным.

11. Измерения повторите при другом (большем) значении активного сопротивления.

12.Определите относительную и абсолютную ошибку измерения cosj, вычислив их согласно формуле (20.21). А именно:

δcosj =δP+δI+δU. (20.32)

Dcosj=δcosj /100%, т.к. (cosj)max=1.

13. Данные запишите в таблицу 20.2.

14. Рассчитайте постоянную А электрического счетчика по формуле (20.27).

15. Используя счетчик электроэнергии, по формуле (20.1) рассчитайте количество теплоты, выделившееся на активном сопротивлении RA за время Dt (3-5 мин.). Для этого подсчитайте число оборотов диска счетчика N1 за время Dt1 , используя секундомер.

16. Рассчитайте постоянную счётчика экспериментально по формуле (20.31), измерив время Dt2, за которое диск счётчика делает 20-30 оборотов, и пользуясь при этом показаниями ваттметра.

17. Посчитайте относительную погрешность счётчика

Сравните с классом точности этого прибора, указанным на его шкале.

18. Данные запишите в таблицу 20.3.

Таблица 20.1 – Расчет коэффициента мощности, активного сопротивления и емкости конденсатора

P, ВтI, АU, Всosj, ВRA, ОмUC, ВRC, ОмC, ФC1, Ф

Таблица 20.2 – Расчет количество теплоты на сопротивлении RA.

Dt1, cN1, обQ1, ДжDt2, cN2, обQ2, Дж

Таблица 20.3 – Расчет относительной и абсолютной ошибки измерения коэффициента мощности

Предел измерения приборовКласс точности приборовdW, %dI, %dU, %dcosj, %Dcosj
W, BrI, AU, BWIV

Контрольные вопросы

  1. Что называется действующим значением тока и напряжения и от чего оно зависит?
  2. 2. В чем состоит принцип включения в цепь ваттметра?
  3. 3. Что называется коэффициентом мощности и от чего он зависит?
  4. 4. Какова зависимость мощности в цепи переменного тока от коэффициента мощности?
  5. 5. Что называется импедансом цепи?
  6. 6. От чего зависит реактивное сопротивление цепи?
  7. 7. В чем состоит закон Ома для цепи переменного тока?
  8. 8. Как найти емкость конденсатора, используется цепь переменного тока?
  9. 9. Каково значение и в чем состоит принцип действия электросчетчика?
  10. 10. Как рассчитать постоянную счетчика?
  11. 11. Почему число оборотов диска счетчика пропорционально энергии электрического тока?

Если счетчик энергии видит реактивную нагрузку, зарегистрирует ли он более низкое значение?

На выставке бытовой техники я увидел этого парня, который торговал своим «устройством энергосбережения». Парень утверждал, что простое подключение его прибора к источнику питания уменьшит потребление, указанное в счетчике энергопотребления, на четверть. Он упомянул что-то о том, что нагрузка, видимая счетчиком, является резистивной .

Не уверен, что это правильный форум для публикации вопроса (не стесняйтесь голосовать за вопрос, который будет закрыт) . Во всяком случае, я задаюсь вопросом — это просто коммерческое предложение (без гарантии / гарантии на устройство) или есть ли огонь в дым?

Читайте так же:
Методика выполнения измерений при помощи счетчиков

wbeaty

Мошенничество ВНИМАНИЕ. Эти «энергосберегающие» устройства обычно являются просто конденсаторами, и они не экономят ваши деньги. Типичные потребительские счетчики энергии (обычно выставленные в киловатт-часах, кВтч) не зависят от добавления конденсатора.

Афера работает так:

  1. Многие нагрузки в вашем доме являются индукторами (мотор холодильника, вентилятор печи)
  2. Если вы установите конденсатор, который имеет правильное значение, ток в электрической сети, ведущей к вашему дому, будет уменьшен.
  3. Мошенники правильно утверждают, что где-то экономится энергия.
  4. Мошенники правильно утверждают, что промышленность использует эти конденсаторы, чтобы сэкономить деньги
  5. Мошенник хитро намекает, что это как-то экономит ВАМ деньги
  6. В качестве доказательства мошенник предоставляет отзывы, а не основные результаты лабораторных испытаний.

Так почему же это не сэкономит вам деньги? Это потому, что в то время как двигатели действительно потребляют дополнительный ненужный ток, счетчик энергии на стороне вашего дома предназначен для игнорирования этого дополнительного тока! Добавление конденсатора не меняет ваш счет за электричество.

Так что энергия действительно экономится, верно? Да: это энергия, которая в противном случае будет нагревать все линии электропередач между генераторами компании и вашим домом. Дополнительный конденсатор не заставляет ваши двигатели использовать меньше энергии. Вместо этого он снимает некоторый ток нагрузки в электросети. Электрическая компания выигрывает от этого . но домовладелец не делает!

Почему тогда фабрики используют эти конденсаторы коррекции коэффициента мощности? Ах, для большинства крупных промышленных потребителей электроэнергетические компании устанавливают счетчики другого типа: один с двумя циферблатами. Один циферблат используется для выставления счета потребителю за реальную потребляемую энергию, а другой — для оплаты потраченной или «реактивной» энергии. Эти промышленные счетчики обнаруживают избыточный ток, потребляемый асинхронными двигателями. Промышленные потребители взимают плату за ненужное отопление электросети. Если они устанавливают только правильное значение конденсатора, они могут уменьшить свои счета за электричество.

И это поднимает последний бит информации. Чтобы уменьшить избыточный ток в электрической сети, конденсатор должен быть только правильного значения!

Если у вас нет асинхронных двигателей в вашем доме, то конденсатор PFC менее чем бесполезен. Добавление конденсатора PFC увеличит потраченный реактивный ток, а не уменьшит его. Так что, по сути, это часть нечестности: продажа конденсаторов с неизвестной стоимостью, чтобы нейтрализовать влияние неизвестного количества асинхронных двигателей . которые в первую очередь не оплачиваются электрической компанией.

Наконец, как насчет № 6 выше? Отзывы? Я подозреваю, что это подлинные. Если бы вы установили очень дорогой конденсатор PFC в вашем доме, вы бы принесли «эффект каменного супа». Вы стали очень осведомлены о любой потраченной впустую энергии. Вы бы начали «помогать» устройству: выключать свет, выключать печь и кондиционер, возможно, покупать лучшие окна и устанавливать улучшенную изоляцию. Дорогой и бесполезный «камень» превратился в «суп». Но вы бы сэкономили гораздо больше денег, если бы пропустили мошенничество с конденсаторами PFC и просто начали отключать водонагреватель.

Реактивное сопротивление

Реактивное сопротивление относится к числу явлений, наблюдаемых в цепях переменного тока. Тем, кто занимается ремонтом и эксплуатацией таких цепей, будет полезно знать, как определяется эта величина, и каким образом она влияет на процессы, происходящие в электросети.

Читайте так же:
Если установка счетчика невозможна

Понятие реактивного сопротивления

Данная разновидность репрезентирует взаимоотношение электротока и напряжения на определенных типах подключенных в сеть нагрузок (дросселях, конденсаторных компонентах), не сопряженное с объемами электроэнергии, используемыми потребителем. Измерительной единицей, как и для других разновидностей, выступает ом. Рассматриваемое явление обнаруживает себя только при переменном электротоке. В расчетах оно обозначается латинской литерой Х.

Различия между активным и реактивным сопротивлением

Разница между активным и реактивным сопротивлением состоит в том, что при прохождении электротока по компонентам цепи, несущим активную нагрузку, имеют место мощностные потери в виде выделения тепла, которое не может быть снова превращено в электрическую энергию. В качестве наглядного примера можно привести конфорку электроплиты, выделяющую тепловую энергию. Такими свойствами обладают и осветительные устройства, электрические двигатели, различные кабели. Фазы проходящих через такие компоненты напряжения и электротока будут совпадать.

Реактивные нагрузки отличаются наличием емкостных свойств либо способностью к индукции. В первом случае величина рассматриваемого сопротивления зависит от емкости, во втором – от электродвижущей силы самоиндукции.

Важно! Величина, в противоположность активной, может иметь плюсовой и минусовой знаки. Это зависит от того, в какую сторону идет фазовый сдвиг. При опережении электрическим током напряжения будет иметь место отрицательный показатель, в обратном случае – положительный.

Виды и свойства реактивного сопротивления

Данная величина может иметь две формы:

  • емкостную – присущую конденсаторным элементам;
  • индуктивную – характерную для катушек, соленоидов и обмоток.

Важно! Если к трансформатору подключить активную нагрузку, реактивное сопротивление понизится, так как упадет значение того типа мощности, который его вызывает. В некоторых цепях с несколькими индуктивными или емкостными нагрузками имеет место взаимоуничтожение фазовых сдвигов, приходящихся на разные детали, тогда комплексная величина будет равной нулю.

Виды пассивных элементов

Данные устройства характеризуются тем, что вместо рассеивания энергии склонны к ее накоплению. Разные типы таких деталей создают различные формы сопротивления.

Катушка индуктивности

Это радиокомпонент, представляющий собой проводниковый элемент спиральной или винтообразной формы, покрытый изоляцией. В схемах катушки используют для нивелирования помех и искажений, снижения величины переменного тока, генерации магнитного поля. Длинные тонкие элементы носят название соленоидов. Катушки отличаются небольшими величинами активной сопротивляемости и емкости, но обладают индуктивностью, генерируя электродвижущую силу.

Емкостной элемент

Примером этого вида деталей является конденсатор. Он включает в себя две проводящие обкладки, между которыми находится диэлектрический материал. Протекание электротока обусловлено накоплением и отдачей обкладками своего заряда.

Конденсатор в цепи переменного тока

Конденсаторные устройства характеризуются неспособностью пропускать константный электроток. Так что если устройство подсоединить последовательно к источнику такого тока, в цепи электроток идти не будет. В переменных цепях дело обстоит иначе. Если цепочка содержит только емкостной компонент, в ней будет проходить ток, обгоняющий по фазе напряжение на 90°.

Важно! Величина электротока определяется его частотой и емкостной характеристикой использованного конденсатора.

Реактивное сопротивление конденсатора

Его можно узнать, воспользовавшись формулой:

Здесь С – емкостная величина рассматриваемой детали, а w – угловая частота. При параллельном подключении элементов будет справедлива формула:

Читайте так же:
Счетчик роста населения земли

1/Хобщ = 1/Х1 + 1/Х2 +…

Если конденсаторы объединены последовательно, для нахождения комплексного показателя системы потребуется сложить значения для всех компонентов:

Катушка индуктивности в цепи переменного тока

В отличие от предыдущего случая, при подключении катушечного элемента идущий по нему электроток будет отставать от напряжения. Однако величина фазового сдвига будет аналогичной – 90°. При этом за препятствование быстрому увеличению тока ответственна ЭДС. Элемент способен играть роль безваттного резистора.

Реактивное сопротивление катушки индуктивности

В его расчете поможет выражение:

Здесь L – показатель индуктивности подсоединенного элемента. При последовательном включении в сеть серии катушек индуктивная компонента сопротивления такой композиции может быть выражена как сумма таковых для всех деталей. Если применено параллельное соединение, справедливым будет выражение:

1/Хобщ = 1/Х1 + 1/Х2 +…

Как для катушки, так и для конденсаторных деталей будет верной запись закона Ома:

X = U/I, в которой U – величина падения напряжения на элементе.

Почему не сгорает первичная обмотка трансформатора

Иногда при эксплуатации трансформаторов возникает вопрос, почему не происходит сгорание обмотки, если ее сопротивляемость оказывается малой. Обмоточный компонент по своему устройству может быть приравнен к катушке. Соответственно, искомый показатель может быть вычислен с помощью выражения:

X = 2*π*L*F, где L – частота, F – индуктивность.

Поскольку последняя у трансформатора оказывается достаточно большой, таковым будет и итоговое число.

Мощность в цепи с реактивными радиоэлементами

При подключении таких элементов в цепь в четных четвертях периода мощность будет иметь отрицательное значение (в это время компонент направляет накопленную энергию в источник напряжения). В итоге использование энергии элементом за весь цикл оказывается равным нулю. Это означает, что на нем не происходит выделения энергии, так что на электросхемах такие детали изображаются холодными. На деле положение вещей может быть немного иным (это зависит от параметров конкретного элемента), бывает, что небольшие тепловые потери на конденсаторе или соленоиде все-таки имеют место. Но они не будут значительными, измеряющимися в кв.

Компенсация реактивной мощности

При подключении большого числа индуктивных компонентов генерируемая ими реактивная мощность создает избыточную нагрузку на трансформаторы и в целом ведет к бесполезной потере энергии. Чтобы это нивелировать, параллельно можно подсоединить конденсатор. Если правильно подобрать номинал, можно скомпенсировать фазовый сдвиг, что сильно снизит энергетические потери. Емкость этого устройства С равна 1/(2*π*f*X), где Х – параметр сопротивляемости подключенной нагрузки, равный U2/Q (Q – реактивная мощность).

Формула расчета реактивного сопротивления

В общем случае для деталей катушечного типа применяются выражения:

Для конденсаторов применяют формулы:

Для конкретного элемента, нужные параметры которого известны, величина может быть вычислена с использованием онлайн калькулятора. В форму потребуется ввести нужные данные и нажать на кнопку, инициирующую расчеты.

Умение рассчитывать данную составляющую сопротивляемости поможет узнать величину тепловых потерь на используемых нагрузках. При параллельном подсоединении конденсатора с подходящей емкостью можно решить проблему энергетических потерь на индуктивных нагрузках.

Видео

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию