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.
Составление баланса мощностей
Из закона сохраненияэнергии следует, что вся мощность,поступающая цепь от источников энергии,в любой момент времени равна всеймощности, потребляемой приемникамиданной цепи.
Тоесть IPпотр.= Pист.
Мощностьпотребителей, которыми в цепях постоянноготока являются резисторы, определяетсяпо формуле
Pпотр.= I2R
Т.к.ток входит в данное выражение в квадрате,то независимо от его направления,мощность потребления всегда положительна.
Мощностьисточников, которыми могут быть источникинапряжения и источники тока, бывает иположительной и отрицательной.
Мощность источникаэ.д.с. определяется по формуле
а)
Pэ.д.с.= EI
гдеI– ток в ветви с источником э.д.с.
б)
Еслиэ.д.с. и ток этой ветви совпадают по направлению (рис.19а), то мощность Pэ.д.с.
входит ввыражение баланса со знаком «+»,
еслине совпадают – то Pэ.д.с.– величина
Рис.19 отрицательная.
Мощность источникатока определяется по формуле:
Pи.т.= IU
ГдеI– значение тока источника, U- напряжение на его зажимах.
Еслиток Iи напряжение Uдействуют так, как показано на рис.19б,то мощность положительна; в противномслучае она – отрицательна. Следовательно,при вычислении мощности источника токанеобходимо определять величину инаправление напряжения на его зажимах.
Задача:
Контрольныевопросы:
- Что представляет собой электрическая схема. Что относится к «электрическим» и «геометрическим» элементам схемы.
- Дать определение последовательного и параллельного соединений элементов цепи.
- Понятие «контур» в электрической цепи.
- Чем отличается активная ветвь от пассивной?
- Потенциальная диаграмма, ее назначение.
- Изложить правило выбора знаков при нахождении потенциалов точек.
- Сформулировать обобщенный закон Ома. Какова область его применения.
- Сформулируйте первый закон Кирхгофа. Как определить число узловых уравнений? Правило знаков при написании узлового уравнения.
- Формулировка второго закона Кирхгофа. Как определить число контурных уравнений. Правило знаков при написании контурного уравнения.
- Что понимают под балансом мощностей? Как определяется мощность источника напряжения, источника тока, приемника.
- Мощность каких элементов (активных или пассивных) может быть отрицательной и что это означает?
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.
- 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.
- 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.
- 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.
Баланс мощности и энергии — Вики про энергосистему
Баланс мощности и энергии
рассчитывается для определения возможности покрытия графика нагрузки и выявления необходимости ввода новых источников энергии.
Общие положения
Частота переменного тока в электрической сети и напряжения в узлах являются важнейшими показателями качества электроэнергии. Общим для этих показателей является то, что они оба связаны с балансами мощностей в энергосистеме.
Значение частоты в любой момент нормального режима одинаково во всех узлах электрической сети. В то же время уровни напряжений в различных точках сети могут различаться очень сильно и одновременно в некоторых узлах соответствовать, а в других не соответствовать требованиям ГОСТ и договоров на технологическое присоединение. В этом смысле напряжение, как параметр качества электроэнергии, должно анализироваться в каждом отдельном узле энергосистемы.
Каждому моменту установившегося режима в электроэнергетической системе соответствуют балансы по активной и реактивной мощностям. Уравнения балансов мощностей можно записать в виде:
; ,
где и — суммарные активные и реактивные мощности генерирующих источников; и — суммарные активные и реактивные мощности нагрузок; и — суммарные потери мощности в элементах систем электроснабжения и электроэнергетической системы; и — суммарные расходы мощности на собственные нужды электростанций; — суммарные мощности компенсирующих устройств (знак «+» соответствует устройствам, потребляющим реактивную мощность, знак «-» вырабатывающим); суммарная реактивная (зарядная) мощность, генерируемая воздушными линиями электропередачи.
Источниками активной и реактивной мощностей, являются генераторы электрических станций: тепловых, атомных, гидравлических, парогазовых и газотурбинных, кроме того источниками активной мощности могут быть генерирующие электроустановки нетрадиционных источников энергии (ветровые, приливные и геотермальные станции, солнечные батареи). В зависимости от типа и конструкции некоторые нетрадиционные источники активной энергии потребляют реактивную энергию. В то время как для синхронных генераторов электростанций режим потребления реактивной мощности может быть только кратковременным в аварийных ситуациях.
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.
- В цепи имеется ЭДС «Е» и резистор «R». При расчете должна быть найдена сила тока.
- I=E/R. Подставляем имеющиеся значения, получаем I=10/10=1 ампер.
- Так мы нашли силу тока. Теперь нам будет нужен параметр мощности приемника «R» и источника.
- Pист=I×E=1×10=10 Ватт. Это значение для источника.
- Теперь для того, чтобы найти Р для приемника делаем расчет как на рисунке ниже.
- 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.
Общее понятие
Электрическое напряжение определяется как отношение работы поля по переброске пробного заряда из одной заданной точки в другую к размеру потенциала. При дислокации единичного резерва выполняется работа, которая равняется напряжению на искомом участке. Общая мощность получают умножением работы электрического поля для единичного заряда на число потенциалов за определенную единицу времени.
В переменной электрической цепи выделяется 3 вида мощности:
В цепи переменного электричества формула для расчета постоянного тока применяется только для вычисления мгновенной мощности. Этот показатель претерпевает изменения во времени и почти не имеет практического смысла для всех остальных расчетов. Среднезначимый показатель мощности требует временной интеграции. Мгновенная мощность объединяется в течение определенного промежутка для расчета величины в магистрали с периодическим изменением силы переменного потока и синусоидального напряжения.
Применяется концепция комплексных чисел для связывания всех трех видов мощности. Это понятие обозначает, что в переменной цепи нагрузка выражается подобным числом так, что активная разновидность представляется действительной составляющей. Реактивный показатель выступает мнимым показателем, а полная мощность показывается в форме модуля. В этих расчетах принимает участие угол сдвига фаз φ, который является аргументом баланса мощностей в цепи переменного тока.
Активная мощность
Активная скорость преобразования выражается также через взаимное отношение силы потока, напряжения к значению активной составляющей сопротивления. В магистрали синусоидального и несинусоидального движения электронов активная нагрузка приравнивается к сумме аналогичных значений на отдельных участках.
Средний показатель мгновенной скорости преобразования в однофазной цепи берется в виде среднеквадратичного значения тока и напряжения с определенным углом сдвига. В цепях несинусоидального электричества мощность приравнивается к сумме соответствующих показателей отдельных перемещений. С помощью активной мощности характеризуется интенсивность необратимого видоизменения электроэнергии в другие разновидности, например, электромагнитную или тепловую.
Метод преобразования электрической цепи
Как определить силу тока в отдельных контурах сложных схем? Для решения практических задач не всегда нужно уточнение электрических параметров на каждом элементе. Чтобы упростить вычисления, используют специальные методики преобразования.
Расчет цепи с одним источником питания
Для последовательного соединения пользуются рассмотренным в примере суммированием электрических сопротивлений:
Rэкв = R1 + R2 + … + Rn.
Контурный ток – одинаковый в любой точке цепи. Проверять его можно в разрыве контрольного участка мультиметром. Однако на каждом отдельном элементе (при отличающихся номиналах) прибор покажет разное напряжение. По второму закону Кирхгофа можно уточнить результат вычислений:
Источник
