Косинус фи теплый пол

Обновлено: 04.05.2024

Если владелец помещения решил установить электрические теплые полы, стоит быть готовым к тому, что такое удовольствие понесет за собой значительные растраты. Кроме закупки специальных материалов и монтажа, изделие будет потреблять энергоресурсы, за что потребуется платить в соответствии с тарифом жилого комплекса. В данной статье пойдет речь о том, как рассчитать электрический теплый пол.

Электрические теплые полы — виды и их особенности

В настоящее время на отечественном рынке можно выбрать несколько видов напольных систем электрического типа. Каждой из них характерен свой дизайн, потребление энергии и прочие эксплуатационные характеристики. Ниже в подробностях рассмотрен каждый вариант с учетом того, сколько потребляет электрический теплый пол.

Нагревательные маты

Термомат представляет собой кабельную конструкцию, которая прокладывается на специальной сетке. Это оптимальный вариант для помещения с большим количеством влаги. Нагревательные маты укладываются по специальной схеме под стяжку.

Данный вариант зачастую используют в помещениях с потолками небольшой высоты. Это обуславливается 3 см толщиной и мощностью термомата всего в 0.2 кВт на м². При этом электрический теплый пол запрашивает следующий расход энергии — 200 Вт в месяц.

Пол стержневого типа

Данный вариант относится к инфракрасным полам, однако в качестве нагревательного элемента используются стержни, а не карбоновые пластины. Мощность качественных электрических теплых полов насчитывает до 200 Вт на м².

Инфракрасная пластина

Данный элемент представляет пленочный теплый пол, укрепленный карбоновым слоем. Именно благодаря последнему материалу пластина обогревает пол. Преимущество в том, что мощность качественного инфракрасного теплого пола составляет 400 Вт на м². Также ИК-пластина положительно влияет на высоту потолков.

Кабель электрический

Подобные материалы всегда собирают положительные отзывы. Все провода в электрических теплых полах размещаются хаотично, однако многие мастера используют технологию укладки по змейке или улитке. После монтажа кабелей изделие заливают бетонным слоем, в результате чего в помещение уменьшается высота (на 5–10 см). Как правило, электрический кабель для полов должен обладать удельной мощностью не менее 0.01 кВт на м². Также при выборе нужно учитывать частоту витков.

Важнейшую роль играет энергоемкость изделия. Ее показатель должен составлять минимум 10 Вт. Для укладки 1 м² пола потребуется примерно 4–5 м электрического кабеля. Что касается обогрева, на «квадрат» будет в среднем уходить 150 Вт.

Методика расчета энергозатрат по видам

Для определения количества потребляемого тока в электрических полах, существует несколько критериев:

уровень теплоизоляции комнаты;
толщина изделия;
потери тепла.

Расчет расхода энергии, которая потребляется при обогреве, осуществляется с помощью формулы:

W=S×P×0.4 (S — площадь, P — мощность, 0.4 — коэффициент прогреваемой площади).

Расчет матов и электрических кабелей

Чтобы определить, сколько электроэнергии потребляет теплый пол, рекомендуется брать во внимание следующие факторы:

Отапливаемая площадь. В этом случае нужно учитывать свободное от мебели пространство. Как правило, показатель варьируется в пределах 12–15 м². Данная зона будет использоваться для прокладки мата или кабеля.
Специальный провод. Питательный элемент должен иметь мощность в пределах 2.2 кВт/ч. Такого показателя хватит для обогрева 15 м² комнаты. На отечественном рынке существует множество вариантов, мощность которых составляет 2.3 кВт и более. Подобные изделия не нужны для жилых помещений постсоветского пространства, так как провода не будут функционировать на всю мощь.
Постоянный обогрев кабеля. Это необходимо для поддержания соответствующей температуры в помещении. Кабель необходимо прогревать 20 минут каждый час.
Максимальная нагрузка. Электрические полы потребляют около 1950 Вт каждый час с учетом максимальной нагрузки. С таким показателем температурный режим может достичь 50 градусов. Однако нормой считается всего 25 °C. В случае максимальной нагрузки, расход энергии будет составлять 960 Вт.

Когда владелец жилища использует двухтарифный счетчик, платить за потребление энергии удастся гораздо меньше. Чтобы рассчитать расход потребляемой электроэнергии во время прокладки кабеля, необходимо посчитать длину изделия. Для этого следует применить калькулятор со следующей формулой:

L=I/a (I – длина кабеля, a — шаг между петлями).

Получить размер потребляемых ресурсов получится, умножив посчитанный параметр на мощность кабеля. В итоге отобразится расход на 1 м².

Расчет инфракрасных теплых полов

По расчетам выявить потребление электроэнергии в инфракрасных теплых полах, получится в том случае, если учесть уровень подготовки комнаты. Также немаловажную роль играет пленка и ее мощность. Если использовать оборудование в качестве дополнительного источника, показатель мощности электрического теплого пола составит 0.15 кВт, а если основного — 0.22 кВт.

Важно! Для прогрева основной и дополнительной пленки потребуется 7 и 12 минут соответственно. Что касается расхода энергии, он будет одинаковым для обоих случаев.

Просмотреть расход электричества в теплых пленочных полах можно на примере помещения площадью 50 м². При этом мощность изделия составляет в пределах 0.15 кВт. Расчет осуществляется с помощью следующей формулы:

Готовый результат потребуется умножить на тарифный план жилого комплекса. Полученная цифра и будет конечным показателем, необходимым для месячной оплаты. Стоит заметить, что при использовании счетчика «Ночь-День», результат будет приблизительным. Если правильно осуществить планирование и прокладку, затраты удастся заметно уменьшить.

Финишное покрытие — влияние на затраты по энергоресурсам

Во время выбора финишного материала для изготовления теплых электрических полов, необходимо убедиться в наличии специального значка, который свидетельствует о вероятности комбинирования с соседним устройством обогрева.

Зачастую в качестве основного материала используют паркет, линолеум, ламинат или плитку из керамики.

Еще одним немаловажным фактором для расчета уровня расхода электрической энергии на «квадрат», является теплопроводимость финишной отделки. К примеру, деревянное покрытие или ламинат обладают незначительной степенью обогрева, следовательно, затраты на изготовление полов заметно вырастут.

Если речь идет об экономии, то лучше отдать предпочтение линолеуму, керамическим плиткам или ковролину. Рассматриваемые материалы быстро прогреваются, что значительно снижает расход энергоресурсов.

Укладка электрического пола с линолеумом:

Как вид помещений влияет на расчет расходов теплых полов

Для каждого помещения рекомендуется использовать оборудование конкретной мощности. Это определяется по следующим стандартам:

ванная комната — 0.15 кВт/м²;
кухня, коридор, спальная, зал — До 0.12 кВт/м²;
лоджия — 0.2 кВт/м².

Кроме того, на мощность может влиять характер оборудования. То есть, для каких целей оно предназначено — для основного или дополнительного обогрева.

Для примера можно взять в учет комнату с площадью 20 м², в которой полезная площадь составляет всего 8 м². С условием использования основного источника, показатель теплопотерь будет варьироваться от 1 до 2 кВт/ч. Мощность можно высчитать по следующее формуле:

2 (теплопотеря) разделить на 8 (площадь). В итоге получается 250 Вт/ч.

Полезно! К расчету потребуется добавить 25 %, если жилище находится в условиях сурового холодного климата.

Теплые полы по видам — сравнительный анализ расходов

Индукционный нагрев верхних слоев происходит во всех электрических полах. Осуществляется процесс за счет электрического тока, вследствие чего из электроэнергии появляется тепловая энергия. При этом коэффициент полезного действия идентичен для всех видов. Стоит заметить, что метод установки и верхний слой напрямую влияют на энергопотребление теплых полов. Огромную роль играют такие нюансы, как коэффициент отражающего материала, слой теплоизоляции и уровень потери тепла в стяжках.

Исходя из приведенной информации, можно сделать вывод, что более производительным считается оборудование, которое устанавливается под верхний слой декоративного материала. Также можно заметно сократить основные отличия между изделиями. Это обуславливается возможностью монтажа надежного утеплителя и отражателя.

Стоит заметить, что отличия между всеми видами электрических полов все же присутствуют. И это несмотря на, казалось бы, незначительные расхождения в материале. К примеру, опытный мастер может заметить, что пленка с учетом расхода 0.22 кВт обогревает до 40 градусов. А стяжке с кабелем для обеспечения аналогичной температуры потребуется всего 0.15 кВт.

В целях экономии рекомендуется прибегать к установке именно кабельной стяжки. В этом случае владелец помещения обеспечит себя достаточным уровнем температуры с минимальными затратами энергоресурсов. Качественная изоляция будет с нуля нагреваться в течение 7-8 часов, после чего обогрев будет происходить исключительно за счет верхних слоев пола.

Однако, если речь идет о небольших комнатах, то отличия в энергоэффективности будут незначительными. Единственное, на что потребуется потратиться, это установка.

Какие факторы снижают расход электроэнергии

Установка электрических теплых полов, независимо от площади помещения, в любом случае требует немалых вложений. Но если придерживаться следующих советов, можно заметно сэкономить на дальнейших расходах энергоресурсов:

Выполнить качественное утепление. В случае успешного покрытия мастер может уменьшить расход на 30–50 %.
Установить нагревательный пол на свободной площади. Как говорилось ранее, монтаж теплых полов должен производиться в том месте, которое исключает нахождение мебели.
Установить многофункциональные счетчики. Ночной тариф всегда подразумевает небольшой расход электроэнергии. В этом случае затрат будет вдвое меньше.
Установить регуляторы с программой. Благодаря специальным тумблерам можно задавать время активации и отключения.
Использовать отделочные покрытия, которым характерен высокий уровень теплопроводимости.
Не поддерживать завышенный температурный режим в помещениях, которые редко посещают люди.

Внимание! Снижение температурных показателей всего на 1 градус позволит сэкономить 5 % затрат энергоресурсов. При этом владелец квартиры практически не ощутит разницы.

Еще одним немаловажным фактором является температура за пределами помещения. Если расхождения между улицей и комнатой будут большими, то затраты энергии увеличатся.

Каждый из приведенных видов теплых полов отличается функциональными и конструктивными особенностями. В то время как один вариант позволяет сэкономить на расходах, другой обеспечивает более высокий уровень обогрева комнаты. Чтобы выбрать подходящий вариант, рекомендуется опираться на приведенную статью и учитывать свои финансовые возможности.

Расчет электрических нагрузок квартир и коттеджей. Расчет токов короткого замыкания

На начальной стадии проектирования, когда практически неизвестны точные данные электроприемников, но необходимо получить технические условия на присоединение электрической мощности, возникает вопрос, как рассчитать величину установленной мощности потребителей и на этой основе определить расчетную нагрузку на вводе в квартиру или коттедж. При этом, под понятием расчетная электрическая нагрузка Рр потребителя или элемента сети подразумевается мощность, равная ожидаемой максимальной нагрузке за 30 мин.

В Нормативах по определению расчетных электрических нагрузок зданий (квартир), коттеджей, микрорайонов (кварталов) застройки и элементов городской распределительной сети (изменения и дополнения к Инструкции по проектированию городских электрических сетей - РД 34.20.185-94) приведены удельные расчетные нагрузки.

Указанные Нормативы составлены на основании анализа режимов электропотребления перспективного набора электробытовых приборов и машин в квартире (коттедже). Учитывались данные по установленной мощности приборов и машин, определялся суточный расход электроэнергии, возможное время работы каждого прибора и машины.

В удельных расчетных нагрузках за основу принято, что расчетная нагрузка отдельной квартиры (коттеджа) или небольшого числа квартир (коттеджей) определяется приборами эпизодического пользования, но значительной установленной мощности. К таким приборами относятся, например, стиральные машины с подогревом воды, джакузи, посудомоечные машины с подогревом воды, электрические чайники, электрические сауны и др. Для этих приборов определялись коэффициенты спроса с последующим суммированием их расчетных нагрузок с нагрузками всех прочих приборов малой мощности, которые определялись с использованием усредненного значения коэффициента спроса.

Разработчиками Нормативов в качестве базовых исходных данных принято:

1. Средняя площадь квартиры (общая), м2:

в типовых зданий массовой застройки 70

в зданиях с квартирами повышенной комфортности

(элитные) по индивидуальным проектам 150

2. Площадь (общая) коттеджа, м2 50 - 600

3. Средняя семья, чел 3,1

4. Установленная мощность, кВт:

квартир с газовыми плитами 21,4

квартир с электрическими плитами в типовых зданиях 32,6

квартир с электрическими плитами в элитных зданиях 39,6

коттеджей с газовыми плитами 35,7

коттеджей с газовыми плитами и электрическими саунами 48,7

коттеджей с электрическими плитами 47,9

коттеджей с электрическими плитами и электрическими саунами 59,9

В табл. 2.1 приведена удельная расчетная нагрузка электроприемников квартир жилых зданий, а в табл. 2.2 - коттеджей.

Во «Временной инструкции по расчету электрических нагрузок жилых зданий» РМ2696-01 расчетную нагрузку на вводе в квартиру для домов I категории рекомендуется определять по формуле:

где Рз - заявленная мощность электроприемников, определяемая суммированием номинальных мощностей электробытовых и осветительных приборов, а также розеточной сети;

Таблица 2.1 Удельная расчетная электрическая нагрузка электроприемников квартир жилых зданий

Потребители электроэнергии

Удельная расчетная электрическая нагрузка, кВт/квартира, при числе квартир

Расчет. нужен для того, чтобы получить исходные данные для правильного выбора основных элементов электрических сетей и обеспечить их безопасную эксплуатацию.
Пример расчета электрических нагрузок. Коэффициент спроса нагрузки. Установленная мощность группы электроприемников. Коэффициент использования. Коэффициент мощности cosφ. Расчетный ток. Таблица нагрузок. Таблица Excel.

Сегодня мы рассмотрим, как выполняется расчет однофазных электрических нагрузок. Вначале сформулируем основные задачи, которые должны быть решены в результате расчетов.

Для чего делается расчет электрических нагрузок?

На основании расчетов электрических нагрузок производится выбор основных элементов электрической сети. В частности, расчетная мощность (расчетный ток) служит основой при выборе номинальных токов защитно-коммутационных аппаратов и сечений токопроводящих жил проводов и кабелей в распределительных и групповых сетях.
При этом под расчетной мощностью подразумевается мощность, равная ожидаемой максимальной нагрузке элемента сети за 30 минут (ПУЭ п. 1.3.2):

1.3.2. Проводники любого назначения должны удовлетворять требованиям в отношении предельно допустимого нагрева с учетом не только нормальных, но и послеаварийных режимов, а также режимов в период ремонта и возможных неравномерностей распределения токов между линиями, секциями шин и т. п. При проверке на нагрев принимается получасовой максимум тока, наибольший из средних получасовых токов данного элемента сети.

Итак, на основании расчетов электрических нагрузок решаются следующие задачи:
• определяется максимальная расчетная мощность на вводе для получения ТУ на присоединение к электрическим сетям;
• определяется максимальный расчетный ток нагрузки всех элементов сети;
• по условию нагрева максимальным расчетным током нагрузки в соответствие с ПУЭ выбираются сечения токопроводящих жил проводов и кабелей;
• по выбранному сечению провода и его длительно допустимой токовой нагрузке выбираются номинальные токи автоматических выключателей в распределительных и групповых сетях.

Пример расчета.
В качестве примера возьмем проект электрики одноэтажного жилого дома с жилой площадью 90м2. Используем табличный метод коэффициента спроса. Этот метод можно применять на этапе рабочего проектирования, когда известны точные данные электроприемников и места их расположения на объекте.

Исходные данные:
Частный жилой дом общей площадью 90м2. В доме 4 комнаты, прихожая, кухня, ванная. На участке имеется гараж. Все потребители электроэнергии - однофазные.
Исходные данные по установленному электрооборудованию с привязкой к помещениям приведены в таблице 2. Рекомендуемые величины мощностей отдельных электроприемников можно взять из таблицы 1.

Многие из вас наверняка видели на электроинструментах, двигателях, а также люминесцентных лампах, лампах ДРЛ, ДНАТ и других, такие надписи как косинус фи — cos ϕ.

Однако люди далекие от электротехники и позабывшие школьные уроки физики, не совсем понимают, что же означает данный параметр и зачем он вообще нужен.

Давайте рассмотрим и объясним этот косинус, как можно более простыми словами, исключая всякие непонятные научные определения, типа электромагнитная индукция. В двух словах про него конечно не расскажешь, а вот в трех можно попробовать.

Предположим перед вами есть 2 проводника. Один из этих проводников имеет потенциал. Не суть важно какой именно — отрицательный (минус) или положительный (плюс).

У другого провода вообще нет никакого потенциала. Соответственно между этими двумя проводниками будет разность потенциалов, т.к. у одного он есть, а у другого его нет.

Если вы соедините кончики двух проводов не непосредственно между собой, а через лампочку накаливания, то через ее вольфрамовую нить начнет протекать ток. От одного провода к другому.

На первый взгляд может показаться, что лампочка загорается моментально. Однако это не так. Ток проходя через нить накала, будет нарастать от своего нулевого значения до номинального, какое-то определенное время.

В какой-то момент он его достигает и держится на этом уровне постоянно. То же самое будет, если подключить не одну, а две, три лампочки и т.д.

А что случится, если вместе с лампой последовательно включить катушку, намотанную из множества витков проволоки?

Изменится ли как-то процесс нарастания тока? Конечно, да.

Данная катушка индуктивности, заметно затормозит время увеличения тока от нуля до максимума. Фактически получится, что максимальное напряжение (разность потенциалов) на лампе уже есть, а вот ток поспевать за ним не будет.

Его нарастание слишком медленное. Из-за чего это происходит и кто виноват? Виноваты витки катушки, которые оказывают влияние друг на друга и тормозят ток.

Если у вас напряжение постоянное, например как в аккумуляторах или в батарейках, ток относительно медленно, но все-таки успеет дорасти до своего номинального значения.

А далее, ток будет вместе с напряжением идти, что называется «нога в ногу».

А вот если взять напряжение из розетки, с переменной синусоидой, то здесь оно не постоянно и будет меняться. Сначала U какое-то время положительная величина, а потом — отрицательная, причем одинаковое по амплитуде. На рисунке это изображается в виде волны.

Эти постоянные колебания не дают нашему току, проходящему сквозь катушку, достигнуть своего установившегося значения и догнать таки напряжение. Только он будет подбираться к этой величине, а напряжение уже начинает падать.

Причем, чем больше в катушке намотано витков, тем большим будет это самое запаздывание.

Как же это все связано с косинусом фи — cos ϕ?

А связано это таким образом, что данное отставание тока измеряется углом поворота. Полный цикл синусоиды или волны, который она проходит от нуля до нуля, вместив в себя максимальное и минимальное значение, измеряется в градусах. И один такой цикл равен 360 градусов.

А вот угол отставания тока от напряжения, как раз таки и обозначается греческой буквой фи. Значение косинуса этого угла опаздывания и есть тот самый cos ϕ.

Таким образом, чем больше ток отстает от напряжения, тем большим будет этот угол. Соответственно косинус фи будет уменьшаться.

По научному, ток сдвинутый от напряжения называется фазовым сдвигом. При этом почему-то многие уверены, что синусоида всегда идеальна. Хотя это далеко не так.

В качестве примера можно взять импульсные блоки питания.

Не идеальность синусоиды выражается коэфф. нелинейных искажений — КНИ. Если сложить две эти величины — cos ϕ и КНИ, то вы получите коэффициент мощности.

Однако, чтобы все не усложнять, чаще всего под понятием коэфф. мощности имеют в виду только лишь один косинус фи.

На практике, данный коэффициент мощности рассчитывают не при помощи угла сдвига фаз, а отношением активной мощности к полной.

Существует такое понятие как треугольник мощностей. Сам косинус — это тригонометрическая функция, которая и появилась при изучении свойств прямоугольных треугольников.

Она здорово помогает производить определенные вычисления с ними. Например, наглядно показывает отношение длин прилежащего катета (P-активная мощность) к гипотенузе (S-полная мощность).

То есть, зная угол сдвига, можно узнать, сколько активной мощности содержится в полной. Чем меньше этот угол, тем меньше реактивной составляющей находится в сети, и наоборот.

Только не путайте cos ϕ с КПД. Это разные понятия. Реактивная составляющая не расходуется, а «возвращается» на подстанцию в сеть, т.е. фактически потери ее нет. Только небольшая ее часть может тратиться на нагрев проводов.

В КПД все более четко — полезная мощность используется на нагрев — охлаждение — механическую работу, остальное уходит безвозвратно. Эта разница и показывается в КПД.

Более подробно, с графиками, рисунками и простыми словами, без особых научных формулировок обо всем этом говорится в ролике ниже.

Рассмотренное запаздывание тока относительно напряжения — это не хорошее явление. Как оно может сказаться на ваших лампочках или проводке?

во-первых, это повышенное потребление электроэнергии

Часть энергии будет просто "болтаться" в катушке, при этом не принося никакой пользы. Правда не пугайтесь, ваш бытовой счетчик реактивную энергию не считает и платить вы за нее не будете.

Например, если вы включите в розетку инструмент или светильник с полной мощностью 100Ва, на блоке питания которого будет указано cos ϕ=0,5. То прибор учета накрутит вам только на половину от этой величины, то есть 50Вт.

Вот известное наглядное видео, демонстрирующее последствия этого для проводки.

для эл.станций и трансформаторов оно вредно перегрузкой

Казалось бы, выбрось катушку и вся проблема исчезнет. Однако делать этого нельзя.

В большинстве светильников, лампы работают не отдельно, а в паре с источниками питания. И в этих самых источниках, как раз таки присутствуют разнообразные катушки.

Катушки просто необходимы как функциональная часть всей схемы и избавиться от них не получится. Например в тех же дроссельных лампах ДРЛ, ДНАТ, люминесцентных и т.п.

Поэтому характеристика коэфф. мощности, здесь больше относится к блоку питания, нежели к самой лампе. Данный cos ϕ может принимать значение от ноля до единицы.

Ноль означает, что полезная работа не совершается. Единица - вся энергия идет на совершение полезной работы.

Чем выше коэффициент мощности, тем ниже потери электроэнергии. Вот таблица косинуса фи для различных потребителей:

Если вы не знаете точный коэфф. мощности своего прибора, или его нет на бирке, можно ли измерить косинус фи в домашних условиях, не прибегая к различным формулам и вычислениям? Конечно можно.

Для этого достаточно приобрести широко распространенный инструмент - цифровой ваттметр в розетку.

Подключая любое оборудование через него, можно легко без замеров и сложных вычислений, узнать фактический cos ϕ.

Зачастую, фактические данные могут быть даже точнее, чем написанные на шильдике, которые рассчитаны для идеальных условий.

Если он слишком низкий, что делать, чтобы привести его значение как можно ближе к единице? Можно это дело определенным образом компенсировать. Например, с помощью конденсаторов.

Одной из важнейших характеристик электрических устройств является мощность. Поэтому желательно знать, что такое коэффициент мощности и как он рассчитывается. Это поможет не только оценить эффективность использования электрической энергии, но и правильно организовать работу электроприбора.

Виды мощности

В цепи переменного электротока возникают три мощности: активная, реактивная и полная. Активную называют полезной или действующей мощностью. Это связано с тем, что она тратится на осуществление полезной работы. Обычно при этом электрическая энергия преобразуется в другие виды.

Реактивная мощность в процессе работы электроприбора не тратится, а лишь переходит из одной формы в другую. В данной мощности нуждаются устройства, принцип действия которых основывается на использовании электромагнитного поля.

Одним из примеров таких устройств может служить колебательный контур, включающий в себя индуктивность и ёмкость в предположении, что активное сопротивление деталей пренебрежимо мало. Ещё одним можно считать трансформатор. В нём ток и напряжение передаются по сердечнику с помощью колебаний электромагнитного поля.

Полную мощность можно получить векторным сложением активной и реактивной составляющих.

Что такое коэффициент мощности

Иногда бывает важно понять, какая часть мощности уходит на выполнение полезной работы. Для этого необходимо узнать активную и реактивную мощность рассматриваемого электрического прибора. Далее на их основе определяют полную.

В электротехнике для определения мощности в сети постоянного тока используется следующее соотношение:

В цепи переменного тока вычисление искомой величины производится более сложным образом. При этом следует учитывать, что изменения напряжения и тока по времени совпадать не будут. Электроток в ёмкостной нагрузке опережает напряжение, а в индуктивной, наоборот, отстает.

Поэтому при вычислении мощности принято использовать эффективные значения тока и напряжения. При этом рассматривается такая постоянная величина тока и напряжения, которая на активном сопротивлении выделит то же количество тепла, что и рассматриваемые переменные величины.

Конечно, в таких случаях можно также вычислить мгновенную мощность. Для этого достаточно перемножить мгновенные значения тока и напряжения. Однако данная величина не учитывает сильную инерцию энергетических процессов, в связи с чем подобный расчет величин имеет ограниченное применение.

Чтобы определить коэффициент активной мощности нужно разделить активную мощность на полную. Данный коэффициент позволяет оценить эффективность использования рассматриваемого технического решения. Соотношение между реактивной и активной мощностью определяет тангенс «фи».

Полная мощность измеряется в вольт-амперах (ВА). Для активной используют ватты (Вт). Для реактивной применяется единица измерения вольт-ампер реактивный (ВАР).

Поскольку сложение мощностей происходит по векторным правилам, то нужно учитывать, что векторы активной и реактивной составляющих перпендикулярны друг к другу. Результат вычислений представляет собой гипотенузу прямоугольного треугольника с указанными катетами. Формула полной мощности выглядит следующим образом:

Это следует из теоремы Пифагора. Здесь применяется правило для нахождения гипотенузы прямоугольного треугольника. Если выразить катеты через гипотенузу и угол «фи», то можно получить формулу для определения активной мощности:

Аналогичным образом выражается и реактивная:

Следовательно, из формулы для активной мощности можно найти cosφ:

Для трехфазного напряжения формула принимает следующий вид:

Поэтому следует понимать, что такое косинус «фи» в данной формуле. А это все тот же коэффициент мощности, который позволяет оценивать электроприемники при наличии реактивной составляющей в потребляемом токе.

Называется cosφ коэффициентом мощности в связи с тем, что при векторном сложении в прямоугольном треугольнике значение косинуса угла φ можно найти, разделив длину катета, соответствующего активной мощности, на длину гипотенузы, выражающей полную мощность. Следовательно, формула коэффициента мощности выглядит так:

Коэффициент активной мощности cosφ может иметь значение в диапазоне от 0 до 1. Иногда его выражают в процентах. В таком случае коэффициент обозначают греческой буквой «лямбда». Соотношение катетов в прямоугольном треугольнике определяет тангенс «фи».

Коэффициент мощности является низким в тех случаях, когда активная составляющая мала по сравнению с полной мощностью. Это говорит о неэффективности применяемого оборудования.

Для тока и напряжения синусоидальной формы cosφ соответствует косинусу угла отставания по фазе для этих параметров.

Выгода электрооборудования с высоким коэффициентом мощности

Это связано с наличием следующих факторов:

Поставщики электроэнергии в некоторых случаях контролируют коэффициент мощности оборудования, используемого потребителями. Они могут выставлять дополнительный счёт, если он будет ниже 0.95. В том случае, когда коэффициент меньше 0.85, поставка электроэнергии может быть ограничена.
Низкий коэффициент приводит к тому, что при относительно небольшом объёме полезной работы происходят повышенные траты электроэнергии. Таким образом, за определённый объём полезной работы потребителю приходится переплачивать.
В линиях электропередач наличие высоких показателей указывает на незначительные потери при передаче энергии.
Низкий коэффициент в системе электроснабжения может приводить к уменьшению напряжения в сети. Это часто становится причиной перегрева используемых потребителем устройств.

При рассмотрении работы электрических устройств нужно учитывать, что часть из них генерирует реактивную мощность, а другие являются потребителями. Следовательно, применение первых приводит к возрастанию реактивной мощности, а использование вторых — к её уменьшению.

Реактивная мощность генерируется при работе асинхронного электродвигателя, трансформаторов, ветряных генераторов, систем освещения на разрядных лампах. Наличие реактивной нагрузки ухудшает эффективность работы оборудования. В качестве потребителей рассматриваются конденсаторы, синхронные двигатели и генераторы.

Для уменьшения реактивной мощности можно использовать следующие способы:

В цепи устанавливаются конденсаторы. При их использовании совместно с индуктивностью они образуют колебательный контур. В нём мощность от индуктивности будет потребляться ёмкостью.
Следует избегать работы асинхронных двигателей вхолостую или с малой мощностью.
Нужно исключить возможность работы оборудования при напряжении, которое превышает номинальное.
Рекомендуется по мере замены двигателей переходить на те, которые имеют более высокий коэффициент полезного действия.

Оптимальной нагрузкой является номинальная. Если используется нагрузка, значение которой меньше или больше номинальной, то это существенно снижает эффективность работы оборудования.

Как узнать коэффициент мощности

Значение рассматриваемого коэффициента указывается в сопроводительной технической документации к приобретаемому промышленному оборудованию или бытовому прибору. Однако при этом речь идёт о номинальном значении.

Более точно коэффициент измеряется с помощью специализированного прибора, который называется фазометром.

Такие приборы могут быть электродинамическими или цифровыми. С помощью измерений можно достаточно просто и с большой точностью узнать чему равен cosφ и какова эффективность использования прибора.

Если фазометра нет в распоряжении, следует воспользоваться амперметром, вольтметром и ваттметром, с помощью которых измеряются такие физические величины, как сила тока, напряжение и мощность, а затем с помощью соответствующих формул вычислить коэффициент мощности.

Значения коэффициента для различных случаев

При измерении или вычислении коэффициента мощности необходимо знать характерные значения для различных видов оборудования:

При использовании нагревательных устройств, несмотря на возможное присутствие индуктивных элементов, считается, что вся используемая мощность является активной. В таких случаях принимают косинус «фи» равный единице.
Для перфораторов и ударных дрелей этот коэффициент составляет 0.95-0.97.
Сварочные трансформаторы в значительной степени используют индуктивную нагрузку. Поэтому коэффициент мощности трансформатора обычно находится в диапазоне от 0.5 до 0.85.

Когда значения коэффициента являются широко известными, их могут не указывать в сопроводительной документации. Нужно помнить, что хотя в большинстве случаев напряжение меняется синусоидально, иногда оно может существенно отклоняться от этой формы. В такой ситуации говорят о присутствии высших гармоник в колебаниях.

Их появление ведёт к дополнительным затратам мощности, а также снижает компенсацию реактивной мощности, если она применялась. Подобное явление наблюдается при работе с дуговыми сталеплавильными печами, установками дуговой сварки, газоразрядными лампами.

Читайте также: