PowerPartners.ru

Многие до сих путаются в мощностях стабилизаторов: киловатты (кВт) и киловольамперы (кВА), как они связаны между собой, как понять сколько киловатт(кВт) выдает стабилизатор и пр. вопросы. В этом ликбезе постараемся все подробно объяснить. Но, чтобы разобраться, придется вспомнить основы электротехники.

Для начала следует разобраться с параметрами электроцепей, нас будут интересовать в первую очередь напряжение (обозначается U, измеряется в вольтах, В) и сила тока (обозначается I, измеряется в амперах, А). Чтобы наглядно представить себе эти параметры, можно сравнить электричество с водой, а электрическую цепь с трубопроводом. В таком сравнении напряжение будет давлением воды, а сила тока - скорость течения воды по трубам.

Важное замечание, трубопровод может находиться под давлением, но краны перекрыты, и вода по трубам не течет. Т.е. переходя к электричеству - есть напряжение, а тока нет, это случай когда не включен ни один прибор. Как только мы включаем любой прибор (это аналогично открыванию вентилей в водопроводе), по цепи потечет ток.

Любой электроприбор, обладает такой характеристикой как сопротивление (обозначается R, измеряется в Омах, Ом). Сопротивление прибора характеризует величину тока, который появится в сети после включения этого прибора. Если сопротивление прибора маленькое - потечет большой ток, если сопротивление большое - ток будет маленьким. В аналогии с водой прибор можно рассматривать как фильтр, если это фильтр грубой очистки - он практически не повлияет на скорость течения воды, его сопротивление низкое. А если это фильтр тонкой очистки - он создаст серьезное препятствие на пути воды и скорость потока значительно снизится, его сопротивление большое.

Теперь потихоньку переходим к мощности, она определяется как произведение силы тока на напряжение: P=I*U. Поскольку U всегда должно быть 220В, то именно ток фактически определяет мощность, а он в свою очередь определяется сопротивлением нагрузки.

И когда мы говорим о постоянном напряжении все достаточно банально, например напряжение в цепи 12В, подключили какой-то прибор и измерили ситу тока в цепи, получилось 3А, значит мощность 12*3=36 Вт (Ватт).

Но, напряжение в наших розетках переменное, с частотой 50Гц оно по синусоиде меняет свое значение с + на -. И мощность, как произведение тока и напряжения надо рассматривать уже более детально:
Здесь синяя линия - напряжение, ток - красная линия, меняется синхронно с напряжением. Их произведение - мощность обозначена черной линией (как помним, минус на минус даёт плюс, и даже когда напряжение и ток имеют отрицательные значения, мощность остается положительной).

Это случай, когда подключена чисто активная нагрузка, которая не создает задержки тока и ток меняется синхронно с изменением напряжения. В этом случае формула P=I*U остается верна и произведение тока на напряжение будет давать ватты (Вт).

Но, как известно, существуют элементы которые задерживают ток, это в первую очередь конденсаторы, катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы. Эти элементы есть в почти в любом приборе. И вот что происходит если эти элементы задерживают ток:
Как видим, ток (красная линия) смещен относительно напряжения (синяя линия), и в некоторые моменты, мощность (черная линия) становится отрицательной.

Физически, это означает, что в эти моменты времени мы не потребляем мощность, а наоборот выбрасываем ее назад в электросеть!!!

Т.е. получается, что ток остался таким же, что в предыдущем случае, а потребили мы меньше мощности, часть выбросив назад в электросеть. А коль ток остался таким же, то электросчетчик накрутил нам столько-же, провода так же нагрелись, а мощности потребили меньше.

Вот теперь формула P=I*U перестала нам давать ватты (Вт). Поскольку ватты это именно та мощность, которую мы потребили, а коль скоро часть мощности мы выбросили назад, потребили мы меньше, чем развили. Другими словами развиваем мы полную мощность, а используем её не всю.

Выходит что у любого прибора в цепи переменного напряжения, есть не один параметр мощности, а два: полная (развиваемая) мощность, и потребляемая (активная) мощность.

Полная мощность вычисляется по старой формуле P=I*U, но она уже не дает Ватты, она дает Вольт-Амперы (произведение вольт на амперы). А вот чтобы вычислить ватты (мощность со знаком +, потребляемую мощность), нужно вспомнить тригонометрию. Если ток смещен относительно напряжения на угол fi, то мощность со знаком + (активную, потребляемую мощность) можно вычислить по формуле Pа=I*U*cos(fi), именно она измеряется в Ваттах (Вт). Выбрасываемая назад мощность, вычисляется по формуле Pр=I*U/cos(fi), измеряется в ВАР-ах (вольт-ампер-реактивных) и называется реактивной мощностью.

Параметр cos(fi), принято называть коэффициентом реактивной мощности или просто коэффициентом мощности.

Вот типичные значения коэффициента мощности разных приборов:

• Обогреватели, лапмочки накаливания - 1.0
• Телевизор - 0.9..0.95
• Микроволновка - 0.8
• Электродвигатель (насос, циркулярка, компрессор холодильника) - 0.7

Теперь небольшой пример: для ограничения мощности подключения используются автоматы защиты, которые отключаются при достижении током порогового значения. Пусть гипотетическая дача подключена автоматом на 40А:
Сколько обогревателей мощностью 1кВт можно подключить к этой электросети? А сколько насосов аналогичной мощности?

Считаем: Цепь с напряжением 220В. Полная мощность которую можно развить в этой цепи до срабатывания автомата защиты 40*220=8800 ВА.

Полная мощность обогревателя P=1 кВт * cos(fi), как помним у обогревателя cos(fi) = 1, а значит его полная мощность P = 1*1 = 1 кВА = 1000 ВА. И сможем включить мы в сеть таких обогревателей 8800/1000 = 8 шт.

А вот коэффициент мощности насоса уже 0.7, а значит его полная мощность P = 1 кВт / 0.7 = 1.428 кВА = 1428 ВА. Т.е. включить насосов в эту сеть мы сможем лишь 8800/1428 = 6 шт.

Вот такой парадокс получается, что вроде и приборы все на 1 кВт, но одних можно включить в сеть 8 шт, а вторых лишь 6 шт.

Теперь перейдём к стабилизаторам. Их мощность задается по величине полной мощности (активная + реактивная, кВА), а значит однозначного ответа на вопрос "какова мощность этого стабилизатора в киловаттах (кВт)?" нет и быть не может. Как и в предыдущем примере киловатты стабилизатора определяются исходя из коэффициента мощности подключенной к нему нагрузки. Если подключаем чисто активную нагрузку (cos fi = 1), то его мощность в ВА равна мощности в Вт. А вот если нагрузка имеет коэффициент мощности <1, то и мощность стабилизатора в Вт будет меньше.

Но и это еще не все. Как мы все знаем, в любой системе должен выполняться закон сохранения энергии. Стабилизатор не исключение. Количество энергии на входе стабилизатора должно быть равно количеству энергии на выходе. Количество энергии это мощность (полная) в единицу времени, т.е. I*U. Отсюда можно записать следующее равенство:



Теперь представим ситуацию, человек получил разрешение на подключение своей дачи к энергосети и мощности отбора 9 киловатт. Электрики должны ограничить потребление. Мощность - величина вычисляемая, но не измеряемая, ее ограничить нельзя. А значит будут ограничивать величину измеряемую - амперы. Электрики прикинули, что при cos fi = 1, 9000Вт это 9000ВА. А при напряжении 220В, 9000ВА это ток в 9000/220=40.9А, и повесли ограничительный автомат в 40А.

Но, человек жалуется что напряжение у него не 220В, а лишь 150В - насосы не тянут, лампы горят в полнакала, обогреватели еле греют. И принимает решение купить стабилизатор. Коль скоро разрешенная мощность у него 9кВт, он берет стаб на 10 (с запасом).

Стабилизатор должен выдать человеку 10кВА? Почему же у него не работает всего 3 обогревателя по 2кВт каждый? Ведь они купил стаб на 10кВт!!

А давайте прикинем с точки зрения сохранения энергии. Максимум что человек может взять с электросети это 40А (ограничительный автомат). Напряжение там всего 150В. А на выходе стабилизатор выдает 220В. Давайте подставим эти данные в закон сохранения энергии:



Отсюда Iвых = 40*150/220 = 27А. А напряжение на выходе - 220В. Если теперь посчитать мощность выхода на стабилизаторе, получим 220*27=5940ВА. Грубо говоря стаб мощностью 10кВА, выдаст всего 5.9кВА!!!!

А уж если подключать к нему насосы с коэффициентом мощности 0.7, то подключить к нему можно всего 4 насоса по 1 кВт!

Стабилизатор тут конечно не причем, весь подвох в том, что при разрешенной мощности 9 кВт, реально забрать с линии можно лишь 150В * 40А = 6000ВА. А стабилизатор лишь поднимает напряжение за счет тока (уменьшая ампераж выхода).

Теперь вы должна понимать, что выходная мощность стабилизатора определяется типом нагрузки, подключенной к стабилизатору, входным напряжением и ограничением входного тока (автоматы).

З.Ы. Уточняющие вопросы приветствуются.

Эхх... еслиб эта чудесная мантра поднимала продажи )
Я в описаниях товара всегда пишу мощность до N кВт, где N мощность в кВА, это конечно очень оптимистичное заявление, т.к. это мощность при резистивной нагрузке без просадки напряжения )

Кстати сразу появился вопрос, имеются ли в продаже какие-либо бытовые автоматические компенсаторы реактивной мощности, знаю на заводах давно применяются, а вот бытовых не видел.

Смысла их применять в быту нет никакого, поскольку вопрос реактивной мощности в этих сетях энергосбыт не волнует. Вот на заводах их применение обязательно, это особо обговаривается в договоре на подключение предприятия к электросети. Так что вопрос не актуален.

Сейчас погуглил и сделал для себя неожиданное открытие, всегда думал что бытовые электросчетчики учитывают полную мощность, оказывается только активную.
Тогда действительно смысла нет )

Получается, что если есть такое ограничение, в виде автомата до стабилизатора, то и смысла покупать стабилизатор бОльшей мощности нет: все одно автомат вырубит при превышении порога (40 А в нашем примере).

Но даже, если (гипотетически) не будет ограничивающего автомата, ведь и реальная мощность самого стабилизатора, сильно зависит от величины входного напряжения:


Иначе говоря, может быть правильнее было бы указывать (или делать акцент) не мощность,
а максимальный входной ток стабилизатора? Или я чего-то недопонимаю?

Да, при автомате в 40А брать стаб большей мощности не имеет смысла, входной автомат не даст более мощному стабу развить всю мощность.

Про амперы совершенно верно, вообще во всей электрике корректней говорить о силе тока, а не о мощности. Но так уж сложилось исторически, что обыватели думают не в амперах, а в ваттах, а производители техники им потакают и маркируют потребляемую активную мощность.

А вот про реальную мощность стабилизатора... Ту вы все же недопоняли. Мощность стаба зависит ТОЛЬКО от толщина провода, которым намотан его трансформатор (т.е. ток который способен пропустить ЧЕРЕЗ СЕБЯ стаб) и не от чего более. Вопрос в том что снимая со столба энергию на максимальном токе 40А и напряжении 150В вы получате СО СТОЛБА всего 40*150=6000ВА, стабилизатор же поднял напряжение до 220В, но максимальный ток, который он способен развить будет уже 27.272А, т.е. на выходе стаба получим теже самые 220*27.272=6000ВА. Т.е. сколько сняли со столба, столько и выдали... Физически, никакой потери мощности у стаба нет и впомине!

А вот с обывательской - без стаба мы могли бы включить 9 обогревателей (дальше сработает входной автомат), да они бы грели плохо и превращали в тепло лишь 6кВт мощности, взятой со столба. Но со стабом мы сможем включить лишь 6 штук (дальше сработает защита стаба или входного автомата), и так же превратить в тепло лишь 6кВт энергии.

Нет. Я, все одно, не понял. Со столба можно снять столько, сколько позволят магистральные провода (вплоть до тока КЗ).
Стабилизатор же ограничен толщиной провода обмотки, т.е. током, при котором она (обмотка) еще не плавится (грубо).

Значит, и при входном напряжении 220 В, и при 120 В, максимально допустимый ток для стабилизатора - величина постоянная.
Получается, что при входном напряжении 220 В и макс. токе обмотки 40 А, стаб. может вытянуть до 8800 ВА,
а при входном напряжении 120 В и, опять же, макс. токе обмотки 40 А, стаб. может выдать всего 4800 ВА.
Потеря мощности стабилизатора налицо.
Если конечно, при уменьшении величины вх. напряжения, не увеличивается допустимый ток обмотки...
что мне не ведомо, это - только мои предположения.

Допустимый ток обмотки ВРОДЕ величина постоянная и не зависит от напряжения, зависит только от сечения проводника и его удельного сопротивления.

А вся суть первого поста в том что стаб на 40 А может принять на вход только 40 А (не больше) при различной допустимой величине входного напряжения.

А вся эта фигня о ВАРах, кВт, кВА, cos фи только сильнее запутает покупателя. Количество А в стабе == автомату, и никаких прелюдий.

Вопрос спорный. Поясню ход моих рассуждений: если пропустить через спираль из нихрома ток,
скажем = 5 А, при напряжении 220 В, то она будет красной и горячей.
Но, если через эту же спираль, пропустить этот же ток = 5 А, но при напряжении = 12 В, то она будет черной и чуть теплой.
По аналогии, через любой проводник, можно пропустить тем больший ток, чем меньше будет величина приложенного напряжения.
Либо я чего-то не учитываю, либо производители стабилизаторов правильно маркируют их не по току, а именно по мощности.

Я не силен в электротехнике, но подозреваю, что моя ошибка в том, что спираль и трансформатор сравнивать некорректно,
т.к. спираль всю мощность рассеивает сама (собственные потери приближаются к 100%),
а транс - отдает мощность в нагрузку (с минимальными собственными потерями).

Все ваши рассуждения конечно верны, но вы не учитываете главного момента, стабилизатор не является ни источником, ни потребителем энергии, поэтому никакой мощности (кроме тока холостого хода) у него в принципе нет. По сути это такое же передаточное звено цепи столб-потребитель как и провод, или автомат. Он может быть подобран верно, и тогда не станет бутылочным горлышком цепи, или неверно - тогда он станет ограничителем этой цепи. Но собственно мощности у него нет, ни выделяемой, ни потребляемой.

З.Ы. Тепловыделение - Закон Джоуля-Ленца, не забываем вспомнить закон Ома, и то что сопростивление это константа, а ток и напряжение связаны через сопротивление.