Почему мощность трансформатора измеряют в кВа, а двигателя в кВт
Существуют разные устройства, работающие от электрической сети переменного тока, и каждое из этих устройств индивидуально. Лампа накаливания, например, сразу преобразует энергию проходящего через нее электрического тока — в свет и тепло, при этом мы НЕ можем сказать, что какая-нибудь часть электрической энергии из лампы периодически возвращается обратно в сеть.
Сколько энергии в нить накаливания пришло — на столько лампа греет и светит. Если же начать пропускать через лампу большую мощность — она просто перегорит, но не сумеет вернуть излишки энергии в сеть.
Нагрузки такого рода называются активными нагрузками. Их мощность измеряется в ваттах (Вт), киловаттах (кВт) и т. д.
Однако встречаются и такие приборы, в которых часть полученной от сети электрической энергии переменного тока, прежде чем она будет необратимо преобразована в другой вид энергии (по-умолчанию — в полезную работу, такую как излучение, нагрев или перемещение тела), может накапливаться в форме энергии переменных электрических и (или) магнитных полей, колебаться, даже излучаться, при этом циркулировать между (источником) сетью и потребителем.
В таких случаях говорят, что устройство потребляет от сети полную мощность S такую-то, а активная мощность P — такая-то.
При этом активная мощность P измеряется в ваттах (Вт), киловаттах (кВт) и т. д., а полная мощность S — в вольт-амперах (ВА), киловольт-амперах (кВА) и т.д.
Активная мощность — это скорость преобразования в потребителе электрической энергии непосредственно в полезную работу.
Полная мощность — это мощность, которую к потребителю, для его нормальной работы, подает сеть переменного тока — действующее значение напряжения в вольтах умноженное на соответствующий ток в амперах.
Часть полной мощности, периодически возвращаемая в сеть, называется реактивной мощностью Q и измеряется в Вар (вольт-амперы реактивные), кВар и т.д.
Так вот, полезная работа электродвигателя переменного тока — это механическая нагрузка на его валу. Здесь по сути осуществляется перемещение тела под действием силы на определенное расстояние. Необратимо преобразуемая при этом энергия измеряется в джоулях (Дж), а скорость данного ежесекундного преобразования энергии — в ваттах.
При желании вычислить полную мощность для двигателя несложно, для этого достаточно разделить мощность двигателя в ваттах на косинус фи (обе эти цифры можно найти на идентификационной табличке конкретного двигателя).
В случае с трансформатором мы имеем дело с электромагнитным преобразующим устройством, где энергия подаваемого от сети переменного тока преобразуется в энергию переменного магнитного поля в сердечнике трансформатора, и за счет этого на вторичной обмотке трансформатора возникает переменное напряжение.
Вторичная же обмотка трансформатора может быть соединена как с чисто активной нагрузкой (такой как лампа накаливания), так и с нагрузкой имеющей существенную реактивную составляющую (такой как резонансный индукционный нагреватель и т.п.).
В любом случае трансформатор имеет номинальную полную мощность (измеряемую в ВА или кВА), которая может через него проходить, причем это относится не обязательно к цепи первичной обмотки, ведь значительная мощность может циркулировать и в цепи вторичной обмотки, тогда как первичная цепь будет потреблять из сети минимум тока (при этом сердечник будет испытывать то же магнитное действие, но от тока вторичной обмотки). Вот почему мощность трансформаторов (и генераторов) указывают в кВА.
Как узнать мощность трансформатора?
Определение мощности силового трансформатора
Для изготовления трансформаторных блоков питания необходим силовой однофазный трансформатор, который понижает переменное напряжение электросети 220 вольт до необходимых 12-30 вольт, которое затем выпрямляется диодным мостом и фильтруется электролитическим конденсатором.
Эти преобразования электрического тока необходимы, поскольку любая электронная аппаратура собрана на транзисторах и микросхемах, которым обычно требуется напряжение не более 5-12 вольт.
Чтобы самостоятельно собрать блок питания, начинающему радиолюбителю требуется найти или приобрести подходящий трансформатор для будущего блока питания. В исключительных случаях можно изготовить силовой трансформатор самостоятельно. Такие рекомендации можно встретить на страницах старых книг по радиоэлектронике.
Но в настоящее время проще найти или купить готовый трансформатор и использовать его для изготовления своего блока питания.
Полный расчёт и самостоятельное изготовление трансформатора для начинающего радиолюбителя довольно сложная задача. Но есть иной путь. Можно использовать бывший в употреблении, но исправный трансформатор. Для питания большинства самодельных конструкций хватит и маломощного блока питания, мощностью 7-15 Ватт.
Если трансформатор приобретается в магазине, то особых проблем с подбором нужного трансформатора, как правило, не возникает. У нового изделия обозначены все его главные параметры, такие как мощность, входное напряжение, выходное напряжение, а также количество вторичных обмоток, если их больше одной.
Но если в ваши руки попал трансформатор, который уже поработал в каком-либо приборе и вы хотите его вторично использовать для конструирования своего блока питания? Как определить мощность трансформатора хотя бы приблизительно? Мощность трансформатора весьма важный параметр, поскольку от него напрямую будет зависеть надёжность собранного вами блока питания или другого устройства. Как известно, потребляемая электронным прибором мощность зависит от потребляемого им тока и напряжения, которое требуется для его нормальной работы. Ориентировочно эту мощность можно определить, умножив потребляемый прибором ток (Iн на напряжение питания прибора (Uн). Думаю, многие знакомы с этой формулой ещё по школе.
,где Uн – напряжение в вольтах; Iн – ток в амперах; P – мощность в ваттах.
Рассмотрим определение мощности трансформатора на реальном примере. Тренироваться будем на трансформаторе ТП114-163М. Это трансформатор броневого типа, который собран из штампованных Ш-образных и прямых пластин. Стоит отметить, что трансформаторы такого типа не самые лучшие с точки зрения коэффициента полезного действия (КПД). Но радует то, что такие трансформаторы широко распространены, часто применяются в электронике и их легко найти на прилавках радиомагазинов или же в старой и неисправной радиоаппаратуре. К тому же стоят они дешевле тороидальных (или, по-другому, кольцевых) трансформаторов, которые обладают большим КПД и используются в достаточно мощной радиоаппаратуре.
Итак, перед нами трансформатор ТП114-163М. Попробуем ориентировочно определить его мощность. За основу расчётов примем рекомендации из популярной книги В.Г. Борисова «Юный радиолюбитель».
Для определения мощности трансформатора необходимо рассчитать сечение его магнитопровода. Применительно к трансформатору ТП114-163М, магнитопровод – это набор штампованных Ш-образных и прямых пластин выполненных из электротехнической стали. Так вот, для определения сечения необходимо умножить толщину набора пластин (см. фото) на ширину центрального лепестка Ш-образной пластины.
При вычислениях нужно соблюдать размерность. Толщину набора и ширину центрального лепестка лучше мерить в сантиметрах. Вычисления также нужно производить в сантиметрах. Итак, толщина набора изучаемого трансформатора составила около 2 сантиметров.
Далее замеряем линейкой ширину центрального лепестка. Это уже задача посложнее. Дело в том, что трансформатор ТП114-163М имеет плотный набор и пластмассовый каркас. Поэтому центральный лепесток Ш-образной пластины практически не видно, он закрыт пластиной, и определить его ширину довольно трудно.
Ширину центрального лепестка можно замерить у боковой, самой первой Ш-образной пластины в зазоре между пластмассовым каркасом. Первая пластина не дополняется прямой пластиной и поэтому виден край центрального лепестка Ш-образной пластины. Ширина его составила около 1,7 сантиметра. Хотя приводимый расчёт и является ориентировочным, но всё же желательно как можно точнее проводить измерения.
,где S – площадь сечения магнитопровода; Pтр – мощность трансформатора; 1,3 – усреднённый коэффициент.
После нехитрых преобразований получаем упрощённую формулу для расчёта мощности трансформатора по сечению его магнитопровода. Вот она.
В результате расчётов получаем ориентировочное значение мощности трансформатора
7 Ватт. Такого трансформатора вполне достаточно, чтобы собрать блок питания для монофонического усилителя звуковой частоты на 3-5 ватт, например, на базе микросхемы усилителя TDA2003.
Вот ещё один из трансформаторов. Маркирован как PDPC24-35. Это один из представителей трансформаторов – «малюток». Трансформатор очень миниатюрный и, естественно, маломощный. Ширина центрального лепестка Ш-образной пластины составляет всего 6 миллиметров (0,6 см.).
Толщина набора пластин всего магнитопровода – 2 сантиметра. По формуле мощность данного мини-трансформатора получается равной около 1 Вт.
Данный трансформатор имеет две вторичные обмотки, максимально допустимый ток которых достаточно мал, и составляет десятки миллиампер. Такой трансформатор можно использовать только лишь для питания схем с малым потреблением тока.
Мощность трансформатора как пишется
В разделе «Справочная информация» содержатся пояснения о различных терминах, используемых при описании технических характеристик оборудования, которые неподготовленному человеку бывает нелегко понять.
Различия «кВА» и «кВт»
Зачастую, в прайсах различных производителей электрическая мощность оборудования указывается не в привычных киловаттах (кВт), а в «загадочных» кВА (киловольт-амперах). Как же понять потребителю сколько «кВА» ему нужно?
Существует понятие активной (измеряется в кВт) и полной мощности (измеряется в кВА).
Полная и активная мощность — разные физические величины, имеющие размерность мощности. Для того, чтобы на маркировках различных электроприборов или в технической документации не требовалось лишний раз указывать, о какой мощности идёт речь, и при этом не спутать эти физические величины, в качестве единицы измерения полной мощности используют вольт-ампер вместо ватта.
Если рассматривать практическое значение полной мощности, то это величина, описывающая нагрузки, реально налагаемые потребителем на элементы подводящей электросети (провода, кабели, распределительные щиты, трансформаторы, линии электропередачи, генераторные установки…), так как эти нагрузки зависят от потребляемого тока, а не от фактически использованной потребителем энергии. Именно поэтому номинальная мощность трансформаторов и распределительных щитов измеряется в вольт-амперах, а не в ваттах.
Отношение активной мощности к полной мощности цепи называется коэффициентом мощности.
Коэффициент мощности ( cos фи) есть безразмерная физическая величина, характеризующая потребителя переменного электрического тока с точки зрения наличия в нагрузке реактивной составляющей. Коэффициент мощности показывает, насколько сдвигается по фазе переменный ток, протекающий через нагрузку, относительно приложенного к ней напряжения.
Численно коэффициент мощности равен косинусу этого фазового сдвига.
Значения коэффициента мощности:
Большинство производителей определяют потребляемую мощность своего оборудования в Ваттах.
В случае, если потребитель не имеет реактивной мощности (нагревательные приборы – такие как чайник, кипятильник, лампа накаливания, ТЭН), информация о коэффициенте мощности неактуальна, в виду того, что он равен единице. То есть в таком случае полная мощность, потребляемая прибором и необходимая для его эксплуатации, равна активной мощности в Ваттах.
Пример: В паспорте электрического чайника указана потребляемая мощность – 2 кВт. Это значит, что и полная мощность, необходимая для успешного функционирования прибора, составит 2 кВА.
Если же потребителем является прибор, имеющий в своем составе реактивное сопротивление (емкость, индуктивность), в технических данных всегда указывается мощность в Ваттах и значение коэффициента мощности для данного прибора. Это значение определяется параметрами самого прибора, а конкретно – соотношением его активных и реактивных сопротивлений.
Пример: В техническом паспорте перфоратора указана потребляемая мощность – 5 кВт и коэффициент мощности (Сos(fi)) – 0.85. Это значит, что полная мощность, необходимая для его работы, составит
P полн.= 5/0.85= 5,89 кВА
При выборе генераторной установки часто возникает резонный вопрос – «Сколько же мощности она все-таки сможет выдать?». Это обусловлено тем, что в характеристиках генераторных установок указывается полная мощность в кВА. Ответом на этот вопрос и служит данная статья.
Пример: Генераторная установка мощностью 100 кВА. Если потребители будут иметь только активное сопротивление, то кВА=кВт. Если также будет присутствовать и реактивная составляющая, то надо учитывать коэффициент мощности нагрузки.
Именно поэтому в характеристиках генераторных установок указывается полная мощность в кВА. А уж как Вы ее будете использовать – решать только Вам.
Почему мощность трансформаторов измеряется в кВА, а не в кВт
Многим из вас известно, что мощность измеряется в Ватт (Вт), но при этом существенно чаще мы сталкиваемся с кВт (1000 Вт). Можно подумать, что непременно в этих величинах измеряются характеристики всего электрооборудования.
Но если мы с вами рассмотрим, такой прибор как стабилизатор напряжения, или же взглянем на городскую трансформаторную подстанцию (ТП), то увидим, что мощность записана в кВА – киловольт-амперах.
В этом материале мы разберемся, чем является кВА, а также выясним, по какой причине мощность трансформаторов записывается в данных единицах.
Объясняем по-простому
Мы не будем с вами сейчас рассматривать кучу скучных формул и малопонятных определений, а подойдем к вопросу максимально просто. И для начала разберем, какую мощность потребляют электроприборы в наших домах.
И в самом начале разбора следует запомнить, что далеко не каждый подключенный в сеть переменного напряжения прибор использует всю потребляемую мощность на производство работы – подогрев, освещение помещения и т. п. Так нагрузку допустимо поделить сразу на четыре класса.
Резистивная нагрузка
К данному виду нагрузки относят, например, электрочайники, утюги. В таких электроприборах происходит нагрев тена при протекании по нему электрического тока.
По большому счету тен – это самое обыкновенное сопротивление и при этом не имеет значения, как по нему будет протекать ток. В таком случае все достаточно просто, чем больше тока проходит по сопротивлению, тем сильнее происходит разогрев. И в таком варианте вся потребляемая мощность затрачивается исключительно на этот процесс.
Индуктивная нагрузка
Представителем индуктивной нагрузки выступает обыкновенный электродвигатель. Так при прохождении тока по обмоткам электродвигателя не вся энергия затрачивается на вращение.
Так некоторая часть истрачивается на формирование электромагнитного поля, а также происходит рассеивание в проводнике. Именно эта часть мощности именуется реактивной.
Устройство электромагнитного двигателя
Реактивная мощность не затрачивается на полезную работу напрямую, но нужна для того, чтобы оборудование функционировало полноценно.
Емкостная нагрузка
Под емкостной нагрузкой понимается частный случай реактивной составляющей мощности. Если мы с вами рассмотрим конденсатор, то он функционирует по принципу накопления заряда, а потом его отдачи. Это, в свою очередь, приводит к тому, что неизбежно некоторая часть энергии используется на накопление и передачу заряда. И при этом не участвует в полезной работе напрямую.
Уже невозможно отыскать дом, в оном не было бы электроприбора, в конструкции которого не использовалась пара конденсаторов.
Комбинированная нагрузка
В этом варианте на самом деле все проще простого. В комбинированной нагрузке присутствуют все вышеописанные составляющие. И в подавляющей своей массе приборы в наших домах имеют именно данный тип нагрузки.
Так называемая полная мощность как раз и складывается из реактивной и активной составляющих. И вот эта самая полная нагрузка как раз и измеряется в кВА.
Безусловно, производители трансформаторов не могут заранее определить, какой тип нагрузки будет подключаться к конкретному трансформатору и именно по этой причине в технических данных к трансформаторам указывается полная мощность для комбинированного вида нагрузки.
Технические параметры трансформатора
Примечание. Зачастую производители пишут мощность прибора в кВт и, помимо этого, еще указывают коэффициент мощности «К». И для выяснения полной мощности прибора необходимо будет воспользоваться простой формулой:
Так чтобы лучше понять рассмотрим конкретный пример. Допустим, вы решили приобрести дрель мощностью в 2,8 кВт и при этом производитель сказал, что коэффициент мощности равен 0,8. Имея эти два параметра, мы с вами можем получить полную мощность рассматриваемой дрели, и которая окажется равна:
Это означает, что именно эта дрель будет нагружать во время работы наш с вами трансформатор на 3,5 кВА.
Заключение
Думаю, вам стало ясно, по какой причине на трансформаторах указывается параметр именно кВА, а не более нам привычные киловатты. Ведь именно он учитывает абсолютно все виды нагрузок, а не только ее активную составляющую.
Материал вам понравился? Тогда оцените его и не забудьте подписаться на канал, чтобы не пропустить еще больше интересных статей. Спасибо за уделенное время!
Что такое кВА и как перевести в кВт
Что такое кВА и почему мощность трансформаторов не указывается в кВт
В инструкциях ко многим электроприборам, например, к сварочным инверторам можно увидеть характеристики мощности не в кВт, а в кВА. Также мощность абсолютно всех трансформаторов указывается в кВА, а не в кВт.
Что такое кВА
кВА — это единица полной мощности, которая измеряется в кило Вольт-амперах. Существует и такое понятие как активная мощность, которая в свою очередь измеряется в привычных для нас Ваттах.
Так вот, принципиальная разница кВА от кВт в том, что при активной мощности (измеряется в кВт), электроприбор тратит почти всю энергию для своей работы. И, наоборот, при полной мощности (измеряется в кВА) часть энергии может быть преобразована в активную мощность или тепло, для создания магнитного поля.
По этой причине, мощность трансформатора и некоторых электроприборов указывается не в кВт, а в кВА. То есть, когда досконально неизвестно, какая именно нагрузка будет приходиться (резистивная, индуктивная и т. д.). Поэтому производитель заранее указывает мощность электроприбора для смешанного типа нагрузок.
Какой бывает нагрузка
Нагрузка бывает резистивной, при которой практически вся мощность затрачивается на работу электроприбора. Например, чтобы нагрелся электрочайник, ТЭНы, расположенные внутри него, при прохождении тока, забирают ровно столько электроэнергии, сколько указано в характеристике. Резистивная мощность электроприборов указывается в кВт.
При индуктивной нагрузке, некоторая часть электроэнергии расходуется на создание электромагнитного поля. Например, в двигателях. Поэтому вычислить досконально, сколько именно нужно электроэнергии для вращения двигателя, затратно.
Также существует и такое понятие как смешанная нагрузка. Здесь присутствует одновременно несколько типов нагрузок. Большинство современных электроприборов работает именно по такой схеме.
Как перевести кВА в кВт
Производители электрооборудования зачастую указывают мощность приборов в кВт с поправочным коэффициентом. Например, мощность электродрели указывается 3 кВт, а коэффициент мощности 0,8. Чтобы узнать полную мощность электрической дрели в кВА, необходимо воспользоваться следующей формулой: S = 3:0.8 cos = 3.75 кВА.
Ну а для того, чтобы перевести кВА в кВт, потребуется, наоборот, полную мощность умножить на коэффициент мощности: S = 3.75х0.8 cos = 3 кВт.
Надеюсь теперь все понятно, почему мощность трансформаторов и некоторых электроприборов указывается не в кВт (активная мощность), а в кВА — полная мощность. Просто производитель не может заранее знать всей нагрузки, а только рассчитать активную.