Говоря о мощности электроприборов, обычно подразумевается активная энергия. Но многие устройства потребляют также реактивную энергию. В этой статье рассказывается о том, что такое кВа, и в чём отличие кВа от кВт.

Активная и реактивная энергия

В сети переменного тока величина тока и напряжения меняется по синусоиде с частотой сети. Это можно увидеть на экране осциллографа. Все виды потребителей можно разделить на три категории:

• Резисторы, или активные сопротивления, – потребляют только активный ток. Это лампы накаливания, электроплиты и подобные устройства. Основным отличием является совпадение по фазе тока и напряжения;
• Дросселя, катушки индуктивности, трансформаторы и асинхронные электродвигатели – используют реактивную энергию и превращают её в магнитные поля и противоЭДС. В этих приборах ток отстаёт по фазе от напряжения на 90 градусов;
• Конденсаторы – превращают напряжение в электрические поля. В сетях переменного тока используются в компенсаторах реактивной мощности или в качестве токоограничивающих сопротивлений. В таких аппаратах ток опережает напряжение на 90 градусов.

Важно! Конденсаторы и индуктивности сдвигают ток относительно напряжения в противоположные направления и при включении в одну сеть компенсируют друг друга.

Активной называют энергию, выделяющуюся на активном сопротивлении, таком, как лампа накаливания, электронагреватель и другие похожие электроприборы. В них фазы тока и напряжения совпадают, а вся энергия используется электроприбором. При этом исчезают различия между киловаттами и киловольт-амперами.

Кроме активной, есть реактивная энергия. Её используют устройства, в конструкции которых есть конденсаторы или катушки с индуктивным сопротивлением электродвигатели, трансформаторы или дросселя. Им также обладают кабеля большой длины, но разница с прибором, обладающим чисто активным сопротивлением, невелика и учитывается только при проектировании линий электропередач большой длины или в высокочастотных устройствах.

Полная мощность

В реальных условиях чисто активные, ёмкостные или индуктивные нагрузки встречаются очень редко. Обычно все электроприборы используют активную мощность (P) вместе с реактивной (Q). Это полная мощность, обозначающаяся «S».

Для вычисления этих параметров используются следующие формулы, которые необходимо знать, чтобы при необходимости осуществить перевод кВа в кВт и обратно:

• Активная – это полезная энергия, превращаемая в работу, выражается в Вт или кВт.

КВа перевести в кВт можно по формуле:

где «φ» – угол между током и напряжением.

В этих единицах измеряется полезная нагрузка электродвигателей и других устройств;

• Ёмкостная или индуктивная:

Отображает потери энергии на электрические и магнитные поля. Единица измерения – кВар (киловольт-ампер реактивный);

• Полная:

1. U – напряжение сети,
2. I – ток через устройство.

Представляет из себя общее потребление электроэнергии устройством и выражается в VA или kVA (киловольт-ампер). В этих единицах выражаются параметры трансформаторов, например, 1 кВа или 1000 кВа.

К сведению. Такие аппараты 6000/0,4 кВ и мощностью 1000 кВа являются одними из самых распространённых для питания электрооборудования предприятий и жилых микрорайонов.

КВар, кВа и кВт связаны между собой формулой, похожей на знаменитую теорему Пифагора (Пифагоровы штаны):

Важно! Следует учесть, что к трансформатору мощностью 10 кВа нельзя подключить электродвигатель 10 кВт, поскольку электроэнергия, потребляемая этим аппаратом с учётом cosφ, составит около 14 киловольт-ампер.

Приведение cosφ к 1

Реактивная энергия, используемая потребителями, создаёт лишнюю нагрузку на кабель и пусковую аппаратуру. Кроме того, за неё приходится платить, как и за активную, а в переносных генераторах отсутствие компенсации увеличивает расход топлива. Но её можно скомпенсировать путём использования специальных устройств.

Потребители, нуждающиеся в компенсации cosφ

Одним из основных потребителей реактивной энергии являются асинхронные электродвигатели, потребляющие до 40% всей электроэнергии. Cosφ этих устройств около 0,7-0,8 при номинальной нагрузке и падает до 0,2-0,4 в режиме холостого хода. Это связано с наличием в конструкции обмоток, создающих магнитное поле.

Ещё один тип устройств – трансформаторы, cosφ которых падает, а потребление реактивной энергии растёт в ненагруженных аппаратах.

Компенсирующие устройства

Для компенсации используются разные типы устройств:

• Синхронные двигатели. При подаче в обмотку возбуждения напряжение выше номинального, они компенсируют индуктивную энергию. Это позволяет улучшить параметры сети без дополнительных расходов. При замене части асинхронных двигателей синхронными возможности компенсации возрастут, но это потребует дополнительных расходов на монтаж и эксплуатацию. Мощность таких электродвигателей достигает нескольких тысяч киловольт-ампер;
• Синхронные компенсаторы. Это синхронные электродвигатели отличаются упрощённой конструкцией и мощностью до 100 киловольт-ампер, не предназначены для приведения в движение каких-либо механизмов и работают в режиме Х.Х. Их предназначение – компенсация реактивной энергии. Во время работы эти устройства используют 2-4% активной энергии от количества компенсируемой. Сам процесс автоматизируется с целью достижения значения cosφ максимально близкого к 1;
• Конденсаторные батареи. Кроме электродвигателей, в качестве компенсаторов применяются конденсаторные батареи. Это группы конденсаторов, соединённые в «треугольник». Ёмкость этих устройств может изменяться присоединением и отсоединением отдельных элементов. Достоинством таких приборов является простота и малое потребление активной мощности – 0,3-0,4% от компенсируемой. Недостаток – в невозможности плавной регулировки.

Как известно, мощность зависит от работы и времени, необходимого для выполнения работы. Каждый электроприбор, устройство или предмет бытовой техники работает с определенной мощностью, которая является физической величиной, равной отношению работы, совершенной за определенное время определенной силой, к данному временному промежутку. Чем больше показатель мощности, тем большую работу может выполнить электроприбор за определенное время.

Электрическая мощность в быту

Чайник, фен, пылесос, компьютер и обычная лампа накаливания - электроприборы различного уровня и различной мощности окружают человека повсеместно, делая его жизнь более комфортной и уютной.

Чтобы узнать мощность электроприборов, которыми пользуется человек в повседневной жизни, достаточно посмотреть на информацию, размещенную на корпусе данного прибора. Электрическая мощность - показатель того, сколько энергии прибор потребляет из сети при своей работе.

Мощность электроприбора не только влияет на показания счетчика и расходы на оплату электроэнергии, но и на качественную работу проводки. Не стоит забывать о том, что чрезмерный ток может привести в лучшем случае к автоматическому выключению электропитания, а в худшем к замыканию, повреждению контактов и пожару.

Следовательно, знать зависимость мощности прибора от электрического тока в сети никогда не будет лишним. Для этого необходимо понимать различие полной, реактивной и активной мощности электроприборов.

Мощности бывают разными

Как правило, производители в технических характеристиках электроприборов, оборудования указывают полную мощность, измеряемую в киловольт-амперах (кВА). При этом потребитель, привыкший к знакомым глазу киловаттам (кВт) начинает теряться и не понимает, какой мощностью обладает прибор, электроинструмент и т.д. И кВА и кВт являются единицами измерения мощности электроприбора, оборудования, техники.

При этом киловатты показывают реально используемую мощность прибора при активной работе, а киловольт-амперы показывают уровень мощности прибора в целом. Полной является мощность, потребляемая прибором. При этом она не в полном объеме принимает участие в эксплуатации оборудования. Одна часть уходит на нагрев, действие (активная мощность), а другая передается электромагнитным полям по цепи (реактивная мощность).

Каждый электроприбор имеет определенный коэффициент мощности - величину, которая характеризует прибор по наличию реактивной мощности при определенной доле нагрузки. Данный показатель дает понять, как сильно смещается уровень мощности прибора при нагрузке относительно напряжения. Существует несколько основных показателей коэффициента мощности:

• 0.80 - плохой показатель;
• 0.90 - удовлетворительный;
• 0.95 - хороший показатель;
• 1.00 - идеальный.

Например, в технических характеристиках перфоратора указана мощность в 5 кВт. Так как при работе он имеет реактивное сопротивление, то обладает плохим коэффициентом мощности (0,85).Соответственно полная мощность, необходимая для эксплуатации перфоратора, составляет 5,89 кВА.

А вот коэффициент мощности обычного электрического чайника составляет единицу. Таким образом, уровень потребляемой мощности и мощности, используемой при работе чайника, совпадают.

Полная и активная мощность - это разные физические величины, дающие полное представление о технических характеристиках электроприбора и условиях, необходимых для его качественной работы.

Содержание:

В быту электроприборы получили самое широкое распространение. Обычно различия между моделями по их мощности - это основа нашего выбора при их покупке. Для большинства из них отличие в большую сторону в ваттах дает преимущество. Например, выбирая лампу накаливания для теплицы, очевидно, что лампочка в 160 ватт даст намного меньше света и тепла по сравнению с 630-ваттной лампой. Также несложно представить, сколько тепла даст тот или иной электрообогреватель благодаря своим киловаттам.

Для нас наиболее привычный показатель результативности электроприбора - это ватт. А также кратный 1 тысяче Ватт кВт (киловатт). Однако в промышленности совсем другие масштабы электрической энергии. Поэтому она почти всегда измеряется не только в мегаваттах (МВт). Для некоторых электрических машин, особенно на электростанциях, мощность может быть в десятки и даже сотни раз больше. Но не всегда электрооборудование характеризует единица измерения киловатт и ей кратные значения. Любой электрик скажет, что для электрооборудования применяются, в основном, киловатты и киловольт-амперы (кВт и кВА).

Наверняка и многие наши читатели знают, в чем разница между кВт и кВА. Однако те из читателей, которые не могут правильно ответить на вопросы, чем определяется соотношение кВА и кВт, после прочтения этой статьи станут намного лучше разбираться во всем этом.

Особенности перевода величин

Итак, что необходимо в первую очередь вспомнить, если ставится задача сделать перевод кВт в кВА, так же, как и перевод кВА в кВт. А вспомнить надо школьный курс физики. Все изучали системы измерения СИ (метрическая) и СГС (гауссова), решали задачи, выражали, например, длину в СИ или другой системе измерения. Ведь до сих пор в США, Великобритании и еще некоторых странах используется английская система мер. Но обратите внимание на то, что связывает результаты перевода между системами. Связь в том, что, несмотря на название единиц измерения, все они соответствуют одному и тому же: фут и метр - длине, фунт и килограмм - весу, баррель и литр - объему.

Теперь освежим в памяти, что такое мощность кВА. Это, безусловно, результат умножения величины тока на величину напряжения. Но суть в том, какого тока и какого напряжения. Напряжение в основном определяет ток в электрической цепи. Если оно постоянное, в цепи будет постоянный ток. Но не всегда. Его может не быть вовсе. Например, в электрической цепи с конденсатором при постоянном напряжении. Постоянный ток определяет нагрузка, ее свойства. Так же как и при переменном токе, но при нем все значительно сложнее, чем при постоянном токе.

Почему существуют разные мощности

Любая электрическая цепь обладает сопротивлением, индуктивностью и емкостью. При воздействии на эту цепь постоянного напряжения индуктивность и емкость сказываются лишь в течение некоторого времени после включения и выключения. При так называемых переходных процессах. В установившемся режиме только величина сопротивления оказывает влияние на силу тока. На переменном напряжении эта же электрическая цепь работает совершенно иначе. Безусловно, сопротивление и в этом случае, так же как и при постоянном токе, определяет выделение тепла.

Но кроме него из-за индуктивности появляется электромагнитное поле, а из-за емкости - электрическое. И тепло, и поля потребляют электрическую энергию. Однако с явной пользой расходуется только энергия, связанная с сопротивлением и создающая тепло. По этой причине появились следующие составляющие.

• Активная компонента, которая зависит от сопротивления и проявляется в виде тепла и механической работы. Такой может быть, например, польза от тепла, выделение которого прямо пропорционально количеству кВт мощности электронагревателя.
• Реактивная компонента, которая проявляется в виде полей и не приносит прямой пользы.

А поскольку обе эти мощности характерны для одной и той же электрической цепи, было введено понятие полной мощности как для этой электрической цепи с нагревателем, так и любой другой.

Причем, не только сопротивление, индуктивность и емкость своими величинами определяют мощность на переменном напряжении и токе. Ведь мощность по своему определению привязана ко времени. По этой причине важно знать, как изменяются за установленное время напряжение и ток. Их для наглядности изображают в виде векторов. При этом получается угол между ними, обозначаемый как φ (угол «фи», буква греческого алфавита). От индуктивности и емкости как раз и зависит, чему этот угол равен.

Переводим или вычисляем?

Следовательно, если речь идет об электрической мощности переменного тока I с напряжением U, возможны три ее варианта:

• Активная мощность, определяемая сопротивлением и для которой основная единица - это ватт, Вт. И когда речь идет о ее больших величинах, то используется кВт, МВт и т.д., и т.п. Обозначается как P, вычисляется по формуле

• Реактивная мощность, определяемая индуктивностью и емкостью, для которой основная единица – вар, var. Также могут быть для больших мощностей квар, Мвар и т.д., и т.п. Обозначается как Q и вычисляется по формуле

• Полная мощность, определяемая активной и реактивной мощностью, и для которой основная единица это вольт-ампер, ВА. Для больших величин этой мощности применяются кВА, МВА и т.д., и т.п. Обозначается как S, вычисляется по формуле

Как видно из формул, мощность кВА - это мощность кВт плюс мощность квар. Следовательно, задача, как перевести кВА в кВт или, наоборот, кВт в кВА всегда сводится к вычислениям по формуле пункта 3, показанной выше. При этом нужно либо иметь, либо получить два значения из трех - P, Q, S. Иначе решения не будет. А перевести, например, 10 кВА или 100 кВА в кВт так же легко, как 10$ или 100$ в рубли, невозможно. Для курсовой разницы существует курс валют. А это - коэффициент для умножения или деления. А величина 10 кВА может состоять из множества значений квар и кВт, которые по формуле пункта 3 будут равны одному и тому же значению - 10 кВА.

• Только при полном отсутствии реактивной мощности перевод кВА в кВт корректен и выполняется по формуле

Статья уже дала ответы на первые три вопроса, изложенные в ее начале. Остался последний вопрос о машинах. Но ответ на него очевиден. Мощность всех электромашин будет состоять из активной и реактивной составляющей. Работа почти всех электрических машин основана на взаимодействии электромагнитных полей. Поэтому раз есть эти поля, значит, есть и реактивная мощность. Но все эти машины нагреваются при подключении к сети, и особенно при выполнении механической работы или под нагрузкой, как трансформаторы. А это свидетельствует об активной мощности.

Но часто особенно для бытовых машин указывается только мощность Вт или кВт. Это делается либо потому, что реактивная составляющая этого устройства пренебрежимо мала, либо потому, что домашний счетчик все равно считает только кВт.

Что такое кВт и кВА? В чем разница? Какую мощность учитывать при подборе генератора?

Производители дизельных генераторов в технических характеристиках указывают два вида мощности – полную и активную, которые отличаются числовыми значениями и единицами измерения. Вместе с ними приводится коэффициент мощности (cos φ) . Давайте разберемся с этими понятиями.

Что такое активная мощность?

Вспомним, что существуют активные и реактивные потребители электроэнергии. К первым относятся приборы, полностью поглощающие переданную им энергию и выделяющие тепло. Например, электроплиты, утюги. Их мощность называется активной, представляет собой работу в 1 Джоуль за 1 секунду и измеряется в киловаттах (кВт) .

Реактивные потребители, а это электроприборы, имеющие в своем составе конденсаторы и катушки индуктивности, кроме выполнения полезной работы накапливают часть переданной энергии, а затем возвращают ее обратно источнику. Такие колебания бесполезны, приводят к потерям электрического тока в цепи и считаются вредными.

Если мы откроем технический паспорт двигателя, холодильника, стиральной машины, электродрели, то присутствие там коэффициента мощности cos φ будет говорить о реактивной составляющей в этих приборах. Сам коэффициент не имеет размерности и показывает величину сдвига фазы переменного тока относительно напряжения, приложенного к нагрузке. Его значение всегда меньше 1. Например, для дизельных генераторов он равен 0,8. Но все производители энергетического оборудования стремятся повысить это число. Для активных потребителей электроэнергии cos φ равен 1.

Полная мощность

Вычисляется путем умножения силы тока, проходящего по цепи, на величину действующего напряжения. Измеряется в киловольт-амперах (кВА) . На математическом уровне представляет собой геометрическую сумму активной мощности и реактивного ингредиента.

В практическом плане говорит о реальной нагрузке на элементы цепи (провода, распредщиты, трансформаторы), поэтому ее значение для дизельных генераторов всегда несколько больше активной мощности. Ведь полная нагрузка зависит от величины используемого тока, а не от энергии, фактически полученной потребителем.

На примере трехфазного дизельного генератора определим его номинальную (активную) мощность в кВт:

Для этого полную мощность (145 кВА) умножим на cos φ (0,8) и получим 145х0,8=116 кВт.

То есть данный генератор способен непрерывно выдавать 116 кВт полезной электроэнергии .

Какую мощность учитывать при подборе генератора?

Если планируется купить дизельный генератор для дома или стройки, где будет использоваться различное электрооборудование с реактивной составляющей, то следует ориентироваться на значение полной мощности в кВА. В случае приобретения резервной электростанции, которая будет обеспечивать освещение во время аварийных отключений, можно ограничиться активной мощностью.

Для обстоятельной консультации и правильного выбора генератора обращайтесь к менеджерам « ».

Вольт-ампер (ва) - это единица полной мощности переменного тока, обозначается ВА или VA. Полная мощность переменного тока определяется как произведение действующих значений тока в цепи (в амперах) и напряжения на её зажимах (в вольтах).
Ватт (вт) - единица мощности. Названа в честь шотландско-ирландского изобретателя-механика Джеймса Уатта, обозначается вт или W. Ватт -это мощность, при которой за 1 сек совершается работа, равная 1 джоулю. Ватт как единица электрической (активной) мощности равен мощности не изменяющегося электрического тока силой 1 ампер при напряжении 1 вольт.
При выборе стабилизатора или электростанции следует помнить, что кВА - это полная потребляемая мощность, а кВт - это активная (затраченная на совершение полезной работы) мощность. Полная мощность – это сумма реактивной и активной мощностей. Зачастую разные потребители имеют разное соотношение полной и активной мощности. Поэтому для определения суммарной мощности всех потребителей необходимо сложение полных мощностей оборудования, а не активных мощностей.

Номинальная мощность

В электротехнической промышленности принято мощность большинства потребителей определять в Ваттах. Это так называемая активная мощность – мощность, выделяющаяся на чисто резистивной нагрузке(Нагреватели,телевизоры,лампочки и т.п.). Активная мощность целиком идет на полезную работу (нагрев, механическое движение), и обычно именно ее понимают под потребляемой мощностью.Если потребитель активный (чайник, лампа накаливания, ТЭН), то другой информации о нем не требуется, на таких потребителях пишут (как правило) номинальную мощность в Вт, номинальное напряжение и все. Здесь нет вопросов о косинусе "фи", т.к. этот "фи" (угол между током и напряжением данных потребителей) равен нулю, косинус нуля равен 1, - отсюда, Активная мощность ("P") равна произведению тока через потребитель и напряжению на потребителе, умноженному на этот пресловутый косинус "фи", т.е. P = I*U*Сos (fi) = P = I*U*1 = P=I*U.
Простой пример для тена с cos фи=1:
Полная мощность S=10 кВА cos фи=1
Тогда активная мощность P=10*1=10 кВт

У потребителей, имеющих в своем составе не только активное сопротивление, но и любое реактивное (индуктивность, емкость), принято писать на шильдике величину "P" в Ваттах, а так же указывать величину косинуса "фи". Величина косинуса "фи" определяется параметрами самих этих потребителей, а точнее - соотношением их активных и реактивных сопротивлений.
Например, обычный электродвигатель имеет на бирке: P=5кВт, Сos(fi)=0.8. Это значит следующее: Данный двигатель при работе (в номинальном режиме) потребляет полную Полную мощность (сумму активной и реактивной мощностей). Активную мощность "S" равную P/Cos(fi)=5/0,8= 6,25 кВа и Реактивную мощность «Q» в размере U*I/Sin(fi).
Для нахождения номинального тока двигателя нужно его Полную мощность "S" и разделить на рабочее напряжение (220), впрочем, ток указывается, как правило, на шильдике. Может появиться вопрос, почему же на генераторах (трансформаторах, стабилизаторах напряжения) указывается мощность в ВА (вольт-амперах)? А как ее еще указать? Допустим, что на стабилизаторе напряжения указана мощность 10000 Ва. Это должно значить, что, если я подцеплю кучу ТЭНов к данному трансформатору, то мощность, отдаваемая трансформатором в ТЭНы (в номинальном режиме работы трансформатора) не может превышать 10000 Вт. Вроде все сходится. А если я захочу нагрузить стабилизатор напряжения катушкой индуктивности или электродвигателем с Сos(fi)=0.8? (кучей катушек)? И данный стабилизатор будет отдавать мощность уже 8000 Вт?а при Сos(fi)=0.85 -8500 Вт. Тогда надпись на шильдике 10000 Ва будет уже не правомерной. Поэтому, мощность генераторов (трансформаторов и стабилизаторов напряжения) может определяться только в Полной мощности (в нашем случае 1000 кВА), а как ты ее (Полную мощность) будешь использовать - твое дело.
[i]Теперь можно перейти к подбору
,
, .

Коэффициент мощности, косинус «фи»

Это отношение средней мощности переменного тока к произведению действующих значений напряжения и тока. Наибольшее значение коэффициента мощности равно 1. В случае синусоидального переменного тока, коэффициент мощности равен косинусу угла сдвига фаз между синусоидами напряжения и тока и определяется параметрами цепи: Сos ф = r/Z, где ф («фи») - угол сдвига фаз, r - активное сопротивление цепи, Z - полное сопротивление цепи. Коэффициент мощности может отличаться от 1 и в цепях с чисто активными сопротивлениями, если в них содержатся нелинейные участки. В этом случае коэффициент мощности уменьшается вследствие искажения формы кривых напряжения и тока.
Коэффициент мощности электрической цепи - это косинус фазового угла между основаниями кривых напряжения и тока. Согласно другому определению, коэффициент мощности - это соотношение активной и полной энергий. Коэффициент мощности (Сos φ = Активная мощность/Полная мощность = P/S (Вт/ВА), потребляемых нагрузкой.
Коэффициент мощности - комплексный показатель, характеризующий линейные и нелинейные искажения, вносимые нагрузкой в электросеть.
Типовые значения коэффициента мощности:
- 1.00 - идеальное значение;
- 0.95 - хороший показатель;
- 0.90 - удовлетворительный показатель;
- 0.80 - средний показатель современных электродвигателей;
- 0.70 - низкий показатель;
- 0.60 - плохой показатель.