Мощность потерь формула: Определение потерь мощности и энергии в линиях — Студопедия

Определение потерь мощности и энергии в линиях — Студопедия

При передаче электрической энергии во всех звеньях электрических сетей имеются потери активной мощности и энергии. Эти потери возникают как в воздушных и кабельных линиях, так и в трансформаторах понижающих и повышающих подстанций.

Потери активной мощности на участке трехфазной линии с активным сопротивлением R составляют

(3.19)

где I – ток нагрузки.

Если выразить ток через мощность, то получим

I=.

Подставим значение тока в (3.19), получим

. (3.20)

Аналогично получим потери реактивной мощности

. (3.21)

Потери активной энергии в сети можно определить, умножив потери активной мощности на время работы сети с данной нагрузкой. Однако нагрузка потребителей колеблется в течение суток и времени года, поэтому изменяется и размер величины потерь мощности.

Таким образом, определение потерь энергии для каждой линии должно быть произведено путем суммирования (интегрирования) значений потерь мощности за бесконечно малые элементы времени, т.е.

,

или, подставляя значение DР из формулы (6.2), получаем

где S – полная мощность, передаваемая по линии и представляющая собой функцию от времени t.

Рисунок 3.7 — Годовой график нагрузки по продолжительности.

Рисунок 3.8 — Ступенчатый график нагрузки по продолжительности.

Эту функцию обычно изображают в виде графика по продолжительности (см.рисунок 3.8). Этот график показывает продолжительность работы сети с данной нагрузкой (кривая 1). При неизменном коэффициенте мощности нагрузки площадь, ограниченная этой кривой, показывает в некотором масштабе количество энергии, передаваемое по сети в течение года и выражается формулой

А=

где cos — средний коэффициент мощности, принимаемый приближенно постоянным в течение года.

Если кривую 1 графика (см.рисунок 3.7) перестроить в квадратичную кривую 2, выражающую функцию S=f(t), то потери легко определяются в некотором масштабе по площади, ограниченной этой кривой

DА=

Из этого следует, что для определения потерь электроэнергии достаточно измерить площадь, ограниченную кривой 2. Практически это можно сделать приближенно, заменив график нагрузки по продолжительности ступенчатым графиком с достаточно малыми отрезками времени t, t, … t и соответствующими значениями нагрузок S, S, … S (см.рисунок 3.8). Тогда потери энергии определяются суммированием величин

. (3.22)

В это выражение можно ввести величину

,

тогда

. (3.23)

Величина S носит название среднеквадратичной мощности, а метод определения потерь мощности по формуле (3.23) называется методом определения потерь по среднеквадратичной мощности.

Этот метод приближенного определения потерь обладает рядом неудобств и применим только при наличии графика нагрузки. Поэтому более распространен так называемый метод определения потерь по времени максимальных потерь, который значительно упрощает расчеты.

Для годового графика нагрузки по продолжительности (кривая 1- рисунок 3.7) можно найти такое время Т, в течение которого по линии, работающей

с максимальной нагрузкой S, передавалось бы такое же количество энергии, какое передается по ней в действительности в течение года при изменяющейся нагрузке S=f(t).

При неизменном коэффициенте мощности это условие может быть записано следующим образом

, (3.24)

отсюда

. (3.25)

Величина Т называется временем использования максимальной нагрузки.

Зная годовое количество энергии А, передаваемое по линии, и максимальную активную нагрузку Р, из формулы (3.24) можно определить время использования максимальной нагрузки

. (3.26)

Для каждого потребителя характерна своя величина времени использования максимальной нагрузки. При расчетах эту величину принимают на основании статистических и справочных данных.

Величину времени использования максимальной нагрузки надо знать, чтобы определять потери электроэнергии. Для этого пользуются величиной t — временем максимальных потерь, т.е. временем, в течение которого линия, работая с неизменной максимальной нагрузкой, имеет потери электроэнергии, равные действительным годовым потерям электроэнергии при работе по годовому графику нагрузки. Заменяя площадь, ограниченную кривой 2 (см.рисунок 3.7), площадью прямоугольника со сторонами t и S, получаем

. (3.27)

Отсюда получаем время максимальных потерь

. (3.28)

Практически величину t получают из времени Т, так как между ними существует определенная зависимость.

Как видно из формул (3.25) и (3.28), t и Т зависят от характера изменения графика нагрузки, т.е. от функции S=f(t), находящейся в этих формулах

под знаком интеграла. Для нахождения зависимости t от Т можно проинтегри-

ровать ряд графиков нагрузки, имеющих различные величины Т для различных потребителей, и то же сделать с квадратичными кривыми S= f(t) этих же графиков, и затем, пользуясь формулами (3.25) и (3.28), установить зависимости t и Т для различных значений cosj. Результаты расчетов представлены на рисунке 3.9 в виде семейства кривых. Этими кривыми можно пользоваться для определения потерь энергии методом времени максимальных потерь.

Рисунок 3.9

Порядок расчета следующий. Зная активное сопротивление рассматриваемой линии R, максимальную нагрузку S, cosj и время использования максимальной нагрузки для данной категории потребителей по кривой (см.рисунок 3.9) для заданного cosjи известного Т, находим время максимальных потерь t. Далее определяем потери электроэнергии.

. (3.29)

Если по рассматриваемому участку линии передается мощность к различным потребителям Р, Р,Р и т.д., то при определении потерь следует принимать среднюю величину времени использования максимальной нагрузки, определяемую с учетом суммарной величины передаваемой энергии.

. (3.30)

Для графиков пиковой формы величина t определяется по эмпирической формуле

. (3.31)

Тема 3.1. Потери мощности и энергии в линиях и трансформаторах — Студопедия.Нет

3.1.1. Общие сведения о потерях мощности и энергии в элементах      электрических сетей

При передаче электроэнергии от электростанций до потребителей часть электроэнергии неизбежно расходуется на нагрев проводников, создание электромагнитных полей и другие эффекты. Этот расход называют потерями электроэнергии [5].

Слово «потери» обычно ассоциируется с неправильной организацией технологического процесса, однако потери электроэнергии обусловлены физическими процессами, протекающими в проводниках, и полностью избавиться от них на сегодняшнем этапе развития науки и техники невозможно. Поэтому часто потери электроэнергии называют расходами на транспортировку электроэнергии.

В электрических сетях потери мощности и электроэнергии определяются потерями в линиях электропередачи и в трансформаторах подстанций. В ЛЭП мощность теряется на нагрев проводников, на создание электромагнитных полей, на корону, на зарядную мощность. В трансформаторах потери мощности разделяют на нагрузочные потери и потери холостого хода. Здесь речь идёт исключительно о так называемых технических потерях. Более подробно структура потерь электроэнергии и методы их снижения рассматриваются в курсе «Электроэнергосбережение».

3.1.2. Потери мощности в линиях

При работе системы электроснабжения (СЭС) в ее элементах (кабельных и воздушных линиях электропередачи, трансформаторах, электродвигателях и т.п.) неизбежно возникают потери мощности и электроэнергии [5]. Величина этих потерь зависит от множества различных факторов: тока проходящего по элементу, климатических условий, сопротивлений (активного, реактивного) элемента и т.п., и может достигать значительных размеров. Поэтому проблема снижения потерь мощности и электрической энергии является одной из важнейших при эксплуатации СЭС практически любого объекта.

К настоящему времени известно несколько различных способов снижения потерь мощности и электроэнергии в элементах СЭС, которые объединены в две большие самостоятельные группы. Первая группа – организационные мероприятия, вторая – технические мероприятия.

Потери активной мощности DР в линиях электропередачи равны:

DР =3I²∙R_л=  ,                                    (3.1)

Потери реактивной мощности и реактивной энергии равны:

DQ=3I² ∙X_л = ,                                (3.2)

где R_л, X_л – соответственно активное и реактивное сопротивления линии электропередачи; I, P и Q – токи и мощности, протекающие по линии.

Из анализа этих формул можно сделать следующие выводы:

— потери активной мощности зависят как от активной так и от реактивной мощностей, передаваемых по линии;

— даже незначительное увеличение напряжения приводит к значительному снижению потерь мощности;

— уменьшение сопротивления линии приводит к снижению потерь мощности.

Кроме того из формул (3.1) и (3.2) вытекает следующее:

— потери мощности всей сети складываются из потерь мощности на всех её участках;

— при равномерно распределенной нагрузке потери мощности меньше, чем при той же нагрузке, сосредоточенной в конце линии.

3.1.3. Потери энергии в линиях

Одним из основных показателей, определяющих качество проектирования и эксплуатации электрических сетей, является величина потерь электрической энергии [5]. Их стоимость представляет значительную часть годовых эксплуатационных расходов в приведенных затратах, которые служат экономическим критерием оценки как проектируемой, так и существующей электрической сети. Определение и учет потерь электрической энергии производится с помощью различных методов. Наибольшее распространение получили метод расчета по времени максимальных потерь, а также метод расчета по графикам нагрузок. Кроме того, в некоторых случаях при достаточном количестве измерительных приборов возможна прямая оценка потерь по показаниям счетчиков электрической энергии. В настоящее время широко распространен статистический метод расчета потерь электроэнергии по количеству пропущенной энергии. Так как мощность – это есть энергия в единицу времени, то потери энергии DЭ – это потери мощности, умноженные на время

DЭ=DРt=3I² R t.                                     (3.3)

Однако потери мощности в линии DР остаются постоянными только в том случае, если ток, протекающий по линии не меняется. В действительности ток меняется постоянно, поскольку меняется режим работы потребителей.

Если изобразить годовой график нагрузок отвлеченного потребителя, как показано, то годовые потери энергии будут пропорциональными площади графика квадратичных нагрузок и могут быть выражены как

DЭ = I^{2 (} (t)R dt.

где Т- время включения потребителя.

В данном случае потребитель включен в течение всего года, т.е. Т=8760 ч. Однако в аналитической форме получить зависимость I(t) невозможно. Поэтому используют различные методы с введением «фиктивных» величин.

Каждая группа потребителей (машиностроительные потребители, текстильные фабрики и т.д.) имеет характерные графики нагрузок. Нагрузки подстанций и линий складываются из нагрузок потребителей и также имеют характерные графики.

Одним из часто применяемых методов определения потерь энергии является метод среднеквадратичного тока I_{ср кв}, т.е. такого тока, который, все время протекая по линии, даст те же потери, что и действительные токи. Тогда 

I ²_{ср кв}  = ,                                   (3.4)

где I₁, I₂,… — значения токов на интервалах t₁, t₂,… ступенчатого графика нагрузки.

Найдя величину I²_{ср кв} , потери энергии можно определить по выражению

DЭ=3I² R T.                                            (3.5)

Наиболее распространенным методом определения потерь энергии является метод с использованием времени максимальных потерь .

Известно, что потребитель какую-то часть времени работает с максимальной нагрузкой Р_макс. Время, в течение которого, работая с максимальной нагрузкой Р_макс, потребитель взял бы из сети энергию, равную энергии действительно полученной им за год называется числом часов использования максимума Т_макс, Тогда энергия, полученная потребителем, будет определяться по формуле

Э=Р_макс Т_макс.                                          (3.6)

Аналогично, время в течение которого потребитель, работая с максимальными потерями  вызовет те же потери что имеют место в действительности называется временем максимальных потерь τ. Тогда потери энергии в линии

DЭ=DР_макс τ= 3I²_макс^{R_лτ,                               (3.7)}

где I_макс^{– максимальный ток протекающий по линии,R_л – активное сопротивление линии. Число часов использования максимума можно определить по справочным таблицам для соответствующих групп потребителей или определить из графика нагрузки}

T_макс  = ,                                 (3.8)

где P₁, P₂,… — значения мощностей на интервалах t₁, t₂,… ступенчатого графика нагрузки. Величина τ однозначно связана с T_макс. Её можно получить по специальным кривым t =¦(T_макс, cosφОшибка! Закладка не определена.) или по аналитической зависимости:

.                                (3.9)

3.1.4. Потери мощности и энергии в трансформаторах.

Значительную часть общих потерь мощности и электроэнергии СЭС составляют потери в трансформаторах [5]. Потери мощности в них слагаются из потерь активной DР_ти реактивной DQ_тмощностей. Потери активной мощности состоят в свою очередь из потерь на нагревание обмоток трансформатора DР, зависящих от тока нагрузки и потерь на нагревание стали DР_ст,не зависящихот тока нагрузки:

DР=3I² R_т= .                   (3.10)

Активное сопротивление обмоток трансформатора:

R_т=DР_кU²_ном/S²_ном,                             (3.11)

 где DР_к – потери короткого замыкания (потери в меди), S_ном – номинальная мощность трансформатора.

Потери реактивной мощности также слагаются из двух составляющих: потерь, вызванных рассеянием магнитного потока в трансформаторе и зависящих от квадрата тока нагрузки DQ ипотерь на намагничивание, независящих от тока нагрузки DQ_m=DQ_хх и определяемых током холостого хода I_xx(потери холостого хода),

DQ =3I²X_т.                                        (3.12)

Активные потери могут быть определены также и по иной формуле:

DР_т=DР_{к ном}(S/S_ном)²+DР_ст,                        (3.13)

где S – фактическая нагрузка трансформатора; DР_кном– потери к.з., соответствующие потерям в меди при номинальной нагрузке трансформатора S_ном.

Реактивные потери могут быть определены также по другой формуле:

DQ_т= (S_ном/100)∙(U_к∙ K²_з+ I_xx),                     (3.14)

где U_к– напряжение короткого замыкания, K_з= S/S_ном– коэффициент загрузки.

общие положения расчетов нагрузочных потерь мощности и электроэнергии

Нагрузочные потери активной мощности ∆P в трехфазном элементе сети с сопротивлением фазы R и током в фазе I определяют по формуле

Напряжение, используемое в формуле (2.1), должно относиться к узлу, в котором заданы значения P и Q (если P и Q заданы в начальной точке ветви, то и U должно соответствовать этой точке, и наоборот).

Значения P и Q в ветвях сети обычно изначально неизвестны, а известны нагрузки в ее узлах (на подстанциях). Целью расчета установившегося режима (УР) является определение значений P и Q 31 в каждой ветви сети по данным об их значениях в узлах. Потери мощности в сети в целом определяются как сумма значений, рассчитанных для каждого элемента по формуле (2.1).

Потери электроэнергии представляют собой сумму потерь мощности во всех режимах расчетного периода. Для того чтобы рассчитать все часовые режимы (720–744 режима в месяце и 8760 в году), необходимо знать нагрузки узлов в каждом из этих режимов. Осуществить такой расчет на практике возможно только при наличии системы телеизмерений (ТИ) нагрузок, автоматически поставляющей данные о текущих нагрузках узлов в вычислительный центр. Если же измеряются нагрузки ветвей, то нет необходимости проводить и расчет УР, достаточно суммировать потери мощности, рассчитанные для каждой ветви по формуле (2.1).

Вместе с тем известно, что средствами ТИ в настоящее время оснащены далеко не все, даже основные, сети напряжением 110 кВ и выше. Тем более нет оснований ожидать, что в ближайшем будущем ими будут оснащены все радиальные сети 35 кВ и ниже. Поэтому возникает задача расчета потерь электроэнергии за расчетный период (месяц, год) на основе расчета потерь мощности в ограниченном числе входящих в этот период режимов.

Значения P и Q в узлах нагрузки и генерации энергии могут быть известны для каждого часа суток из контрольных замеров. Они, как правило, осуществляются два раза в год – в один из рабочих дней июня (летний замер) и декабря (зимний замер). Очевидно, что данные замеры не могут полностью характеризовать нагрузки в другие дни расчетных периодов, которыми, как правило, являются каждый месяц, квартал или год.

Интегральным показателем режимов за расчетный период является энергия, потребленная (генерированная) в узле. Однако по энергии можно определить лишь среднюю нагрузку узла. Суточные графики P и Q в расчетном месяце можно определить, используя значение энергии в расчетном месяце и конфигурацию суточного графика нагрузки в день контрольных замеров.

Однако при этом встает вопрос, конфигурацию какого графика использовать при расчете потерь, например, за апрель, имея графики за июнь и декабрь прошлого года? Рекомендации по искусственному восстановлению отсутствующих графиков описаны в данной главе. Очевидно, что при этом приходится применять некоторые допущения, что всегда в той или иной мере увеличивает погрешность расчета.

В формуле (2.1) все величины изменяются во времени: нагрузки P и Q – вследствие включения и отключения ЭП, напряжения в узлах – вследствие изменения нагрузок и действия устройств РН, 32 сопротивления линий – вследствие изменения температуры проводов, вызванного изменением температуры окружающего воздуха и нагревом провода протекающим по нему током.

Для расчета потерь электроэнергии в этой ситуации необходимо потери мощности в рассчитанных режимах умножить на определенные тем или иным способом интегрирующие множители, численные значения которых рассчитывают на основе данных о графике суммарной нагрузки сети, графике напряжения в контрольном узле и среднемесячных температурах окружающего воздуха.

Объем и характер исходных данных о схемах и нагрузках сетей различных классов напряжения существенно различаются, поэтому для расчета потерь электроэнергии в них применяются разные методы.

Сети 110 кВ и выше. На подстанциях этих сетей, как правило, проводятся описанные выше контрольные замеры, поэтому в расчете потерь может использоваться наиболее полная информация – значения энергии, потребленной в узлах за расчетный месяц, и конфигурация суточных графиков нагрузки в дни контрольных замеров.

Сети 35 кВ. На некоторых подстанциях этих сетей значения P и Q измеряются не во все часы суток, а лишь в показательные часы (утреннего и вечернего максимумов и ночного минимума). При отсутствии почасовых суточных графиков на подстанциях приходится ориентироваться только на значения энергии, потребленной в узлах за расчетный месяц, и данные о числе часов использования максимальной нагрузки сети (коэффициенте заполнения графика нагрузки).

Сети 6–20 кВ. Для этих сетей известны схемы фидеров и отпуск электроэнергии в каждый фидер по головному участку (суммарное потребление энергии с учетом потерь энергии в фидере). Потребление энергии в узлах сети может быть известно только на части трансформаторных подстанций (ТП) 6–20/0,4 кВ, подключенных к сети. Разность отпуска электроэнергии в фидер и суммарного потребления энергии ТП, для которых эти значения известны, и отпуска электроэнергии непосредственно с напряжения 6–20 кВ (транзит) представляет собой суммарное потребление энергии теми ТП, для которых данные о потреблении энергии отсутствуют.

Для определения приближенных значений энергии на каждой из таких ТП обычно принимают допущение о распределении суммарного потребления энергии этими ТП пропорционально их номинальной мощности. Иногда из контрольных замеров известны данные о коэффициентах загрузки этих ТП, позволяющие приблизить расчетное распределение суммарной нагрузки к фактическому. Затем с по- 33 мощью итерационного расчета режима «снизу вверх» и «сверху вниз» добиваются равенства суммы узловых нагрузок и потерь в сети заданной нагрузке головного участка. Таким способом определяются приблизительные нагрузки этих ТП.

Схемы и параметры элементов сетей 6–20 кВ и выше предполагаются известными. Отличием расчетов является то, что для сетей 35 кВ и выше узловые нагрузки известны изначально, а суммарная нагрузка получается в результате расчета, а для сетей 6–20 кВ изначально известна суммарная нагрузка, а узловые нагрузки части ТП получают в результате расчета. Так как в сетях 6–20 кВ и выше нагрузки фаз практически одинаковы, то при расчете режимов используют однолинейную схему, то есть фактически схему одной фазы.

Сети 0,4 кВ. При известных схемах этих сетей для расчета потерь могут использоваться те же методы, что и для сетей более высоких напряжений. Особенностью таких сетей является неодинаковость нагрузок фаз, а также наличие неполнофазных участков (двухфазных и однофазных ответвлений от магистрали). Большинство нагрузок в этих сетях однофазные, подключенные между фазным и нулевым проводами на напряжение 0,23 кВ. Несмотря на то что нагрузки стараются присоединить к трехфазной сети равномерно между фазами, это не всегда удается. Кроме того, включение и отключение абонентами ЭП происходит независимо друг от друга. Поэтому расчет режимов сетей 0,4 кВ необходимо проводить по каждой фазе, имеющей свою схему и свои нагрузки.

Учет этих факторов необходим при расчете отклонений напряжения в узлах сети и определения их соответствия требованиям стандарта на качество электроэнергии. В настоящее время такие расчеты обычно делают только для выборки сетей. Большое число линий 0,4 кВ, трудоемкость введения в программы информации об их схемах, отсутствие достоверных данных о нагрузках затрудняют проведение такого расчета для всех линий, находящихся на балансе подразделения.

В то же время для многих практических задач (составление баланса электроэнергии, расчет потерь электроэнергии для целей их нормирования и т. п.) достаточно рассчитать суммарные потери в этих сетях. Как будет показано далее, суммарные потери могут быть с приемлемой точностью определены и на основе обобщенных параметров таких сетей – количества линий, отходящих от ТП 6–20/0,4 кВ, сечений их головных участков и суммарных длин магистралей, двухфазных и однофазных ответвлений – без использования полных схем линий.

Формулы для расчета потерь активной и реактивной мощности, активной электроэнергии в ЛЭП за год.

Потери активной мощности на участке ЛЕП (см. рис. 7.1) обусловлены активным сопротивлением проводов и кабелей, а также несовершенством их изоляции. Мощность, теряемая в активных сопротивлениях трехфазной ЛЕП и расходуемая на ее нагрев, определяется по формуле:

,

где полный, активный и реактивный токи в ЛЕП;

P, Q, S – активная, реактивная и полная мощности в начале или конце ЛЕП;

U – линейное напряжение в начале или конце ЛЕП;

R – активное сопротивление одной фазы ЛЕП.

Потери активной мощности в проводимостях ЛЕП обусловлены несовершенством изоляции. В воздушных ЛЕП – появлением короны и, в очень незначительной степени, утечкой тока по изоляторам. В кабельных ЛЕП – появлением тока проводимости а его абсорбции. Рассчитываются потери по формуле:

,

где U – линейное напряжение в начале или конце ЛЕП;

G – активная проводимость ЛЕП.

При проектировании воздушных ЛЕП потери мощности на корону стремятся свести к нулю, выбирая такой диаметр провода, когда возможность возникновения короны практически отсутствует.

Потери реактивной мощности на участке ЛЕП обусловлены индуктивными сопротивлениями проводов и кабелей. Реактивная мощность, теряемая в трехфазной ЛЕП, рассчитывается аналогично мощности, теряемой в активных сопротивлениях:

Генерируемая емкостной проводимостью зарядная мощность ЛЕП рассчитывается по формуле:

,

где U – линейное напряжение в начале или конце ЛЕП;

B – реактивная проводимость ЛЕП.

Зарядная мощность уменьшает реактивную нагрузку сети и тем самым снижает потери мощности в ней.

По графикам однотипных предприятий получают типовые графики нагрузки, которые приводятся в справочной литературе.

При отсутствии графиков реактивной мощности, их можно получить из графиков активной мощности:

где определяется по значению cosφ_max, которое задается как исходный параметр для каждого потребителя.

По суточным графикам нагрузки строят годовые графики нагрузки по продолжительности. Нагрузки на графике располагают в порядке их убывания от Р_max до Р_min (см. рис. 6.1).

График по продолжительности нагрузок применяют в расчетах технико – экономических показателей установки, расчетах потерь электроэнергии, при оценке использования оборудования в течении года.

Площадь, ограниченная кривой графика активной нагрузки, численно равна энергии, потребленной электроприемником за год:

,

где Р_і – мощность і-й ступени графика;

Δt_i – продолжительность ступени.

Средняя нагрузка за год равна:

Р_ср = W_п / 8760.

Степень неравномерности графика работы установки оценивают коэффициентом заполнения:

Коэффициент заполнения графика показывает, во сколько раз потребленное количество электроэнергии меньше того количества энергии, которое было бы потреблено, если бы нагрузка установки все время была максимальной. Очевидно, чем равномернее график, тем значение коэффициента заполнения ближе к единице.

Для характеристики графика пользуются временем использования максимальной нагрузки T_max. Это время, в течение которого при работе установки с максимальной нагрузкой из сети потребляется такое же количество электроэнергии, что и по реальному графику нагрузки. Значение T_max можно рассчитать следующим образом:

T_max = W_п / Р_max.

1.12. Потери мощности и энергии в электрических сетях

5.3 Выбор параметров схемы

Обычно нагрузка преобразователя имеет активно-индуктивный характер, причём в некоторых случаях, например, в устройствах индукционного нагрева, с довольно низким коэффициентом мощности. Тем не менее, соотношения, полученные выше, можно использовать для расчёта системы, полагая, что реактивная составляющая тока нагрузки компенсирована соответствующей, дополнительной емкостью [3]. Как правило, исходными данными для расчёта преобразователь является следующие величины:

_{— действующее значение напряжения на нагрузке;}

_{— действующее значение тока нагрузки;}

_{— коэффициент мощности нагрузки;}

_{— частота выходного напряжения;}

_{— среднее значение напряжения источника питания.}

Для согласования выходного напряжения инвертора с требуемым напряжением на нагрузке на выходе преобразователя включен трансформатор, как показано на рис. 5.7. При наличии выходного трансформатора параметры нагрузки можно привести к первичной обмотке трансформатора (при этом при необходимости можно учесть и реактивные сопротивления самого трансформатора).

Пусть коэффициент трансформации определяется как:

_(5.21)

где _{и — действующие значения напряжений на первичной и вторичной обмотках трансформатора, соответственно.}

Тогда приведенные к первичной обмотке параметры нагрузки равны _{и .}

Расчётная эквивалентная схема показана на рис.е 5.8.

Таким образом, результирующая емкость, которая должна быть установлена в инверторе равна сумме компенсирующей емкости С2 и коммутирующей емкости С1, рассчитанной по приведенным выше соотношениям. Если в схеме используются защитные реакторы L_s , то их индуктивность должна быть учтена при расчёте индуктивности коммутирующего реактора, так как расчётная индуктивность колебательного контура равна сумме индуктивностей всех реакторов в контуре тока.

Порядок расчёта параметров однофазной мостовой схемы может быть следующий:

1). Определяется активная составляющая тока нагрузки:

2). Вычисляется эквивалентное активное сопротивление нагрузки (для параллельной схемы замещения):

3). Определяется реактивная составляющая тока нагрузки:

4). Вычисляется эквивалентное реактивное сопротивление нагрузки:

5). Определяется действующее значение напряжения на первичной обмотке трансформатора:

6). Вычисляется коэффициент трансформации выходного трансформатора:

7). Рассчитывается активное сопротивление нагрузки, приведенное к первичной обмотке трансформатора:

8). Рассчитывается реактивное сопротивление нагрузки, приведенное к первичной обмотке трансформатора:

9). Определяется емкость компенсирующего конденсатора:

10). Находится волновое сопротивление коммутирующего контура:

11). Вычисляется собственная частота коммутирующего контура:

12). Определяется индуктивность коммутирующего контура:

13). Определяется емкость коммутирующего конденсатора:

14). Вычисляется полная емкость коммутирующего контура:

15). Определяется амплитуда анодного тока тиристора:

16). Определяется среднее значение анодного тока тиристоров:

Среднее значение анодного тока обратных диодов максимально в режиме холостого хода и равно среднему значению анодного тока тиристоров.

17). Амплитуда напряжения между анодом и катодом тиристора зависит от соотношения между _{и , но в любом случае не может быть больше амплитуды выходного напряжения .}

18). Время, предоставляемое для восстановления управляемости тиристоров, определяется по графику, показанному на рисунке 5.6, и для нашего случая равно:

19). Действующее значение тока коммутирующего реактора равно:

20). Среднее значение входного тока инвертора удобно определить из энергетических соображений:

где _{— кпд инвертора, который приблизительно можно определить по формуле:}

где _{— прямое падение напряжения в тиристоре.}

21). Величина емкости входного фильтра определяется допустимой амплитудой пульсаций на входном фильтре (но не менее 10 С_к ):

Приведенные соотношения позволяют произвести выбор комплектующих изделий, после которого можно уточнить рабочие режимы схемы с помощью компьютерного моделирования.

Потери мощности и электроэнергии в элементах сети

Лекция № 7

План.

1. Потери мощности
   в элементах сети.

2. Расчет потерь
   мощности в линиях электропередач.

3. Расчет потерь
   мощности в ЛЕП с равномерно распределенной
   нагрузкой.

4. Расчет потерь
   мощности в трансформаторах.

5. Приведенные и
   расчетные нагрузки потребителей.

6. Расчет потерь
   электроэнергии.

7. Мероприятия по
   снижению потерь мощности.

Потери мощности в элементах сети

Для
количественной характеристики работы
элементов электрической сети
рассматриваются ее рабочие режимы.
Рабочий
режим
– это установившееся электрическое
состояние, которое характеризуется
значениями токов, напряжений, активной,
реактивной и полной мощностей.

Основной целью
расчета режимов является определение
этих параметров, как для проверки
допустимости режимов, так и для обеспечения
экономичности работы элементов сетей.

Определение
значений токов в элементах сети и
напряжений в ее узлах начинается с
построения картины распределения полной
мощности по элементу, т.е. с определения
мощностей в начале и конце каждого
элемента. Такую картину называют
потокораспределением.

Рассчитывая
мощности в начале и в конце элемента
электрической сети, учитывают потери
мощности в сопротивлениях элемента и
влияние его проводимостей.

Расчет потерь мощности в линиях электропередач

Потери активной
мощности на участке ЛЕП (см. рис. 7.1)
обусловлены активным сопротивлением
проводов и кабелей, а также несовершенством
их изоляции. Мощность, теряемая в активных
сопротивлениях трехфазной ЛЕП и
расходуемая на ее нагрев, определяется
по формуле:

,

где
полный,
активный и реактивный токи в ЛЕП;

P, Q, S
– активная, реактивная и полная
мощности в начале или конце ЛЕП;

U– линейное напряжение в начале или
конце ЛЕП;

R
– активное сопротивление одной
фазы ЛЕП.

Потери активной
мощности в проводимостях ЛЕП обусловлены
несовершенством изоляции. В воздушных
ЛЕП – появлением короны и, в очень
незначительной степени, утечкой тока
по изоляторам. В кабельных ЛЕП –
появлением тока проводимости а его
абсорбции. Рассчитываются потери по
формуле:

,

где U– линейное напряжение в начале или
конце ЛЕП;

G
– активная проводимость ЛЕП.

При проектировании
воздушных ЛЕП потери мощности на корону
стремятся свести к нулю, выбирая такой
диаметр провода, когда возможность
возникновения короны практически
отсутствует.

Потери реактивной
мощности на участке ЛЕП обусловлены
индуктивными сопротивлениями проводов
и кабелей. Реактивная мощность, теряемая
в трехфазной ЛЕП, рассчитывается
аналогично мощности, теряемой в активных
сопротивлениях:

Генерируемая
емкостной проводимостью зарядная
мощность ЛЕП рассчитывается по формуле:

,

где U– линейное напряжение в начале или
конце ЛЕП;

B
– реактивная проводимость ЛЕП.

Зарядная мощность
уменьшает реактивную нагрузку сети и
тем самым снижает потери мощности в
ней.

Расчет потерь мощности в леп с равномерно распределенной нагрузкой

В линиях местных
сетей ()
потребители одинаковой мощности могут
располагаться на одинаковом расстоянии
друг от друга (например, источники
света). Такие ЛЕП называются линиями с
равномерно распределенной нагрузкой
(см. рис. 7.2).

В равномерно
нагруженной линии трехфазного переменного
тока длиной L
с суммарной токовой нагрузкойIплотность тока на единицу длины составитI/L. При погонном
активном сопротивленииr₀
потери активной мощности составят:

Если бы нагрузка
была сосредоточена в конце, то потери
мощности определялись бы как:

.

Сравнивая приведенные
выражения, видим, что потери мощности
в линии с равномерно распределенной
нагрузкой в 3 раза меньше.

Пример определения потерь электроэнергии в линии

Определить потери электроэнергии за год в трехфазной воздушной линии напряжением 6 кВ, питающее промышленное предприятие с трехсменной работой.

Исходные данные:

• Номинальное напряжение линии – Uном. = 6 кВ;
• Длина линии – l = 8,2 км;
• Марка провода — АС95;
• Максимальная мощность, передаваемая по линии – Рмакс. = 830 кВт;
• Коэффициент мощности – cosϕ = 0,8.

Решение

Потери электроэнергии для проектируемого объекта можно рассчитать двумя способами или по величине среднеквадратичного тока Iср с учетом времени включения линии Тв, или по максимальному току Iмакс. при времени потерь τ.

Вариант I

1. Определяем общее активное сопротивление линии:

R = r0*l = 0,33*8,2 = 2,7 Ом

где: r0 = 0,33 Ом/км – активное сопротивление провода АС95, определяется по таблице 1.11 [Л2, с.17].

2. Определяем годовой расход при максимальной нагрузке по выражению 4.52 [Л1, с. 116]:

W = Tмакс.*Рмакс. = 6000*830 = 4980*103 кВт*ч

3. Определяем среднеквадратичный ток, который представляет собой эквивалентный ток, который, проходя за время Тв (сутки, месяц, год), вызывает те же потери мощности и электроэнергии, что и действительный, изменяющийся за то же время ток, по выражению 4.46-4.47 [Л1, с. 115]:

где:

• kф = 1,05-1,1 – коэффициент формы определяется с достаточной для практических расчетов точностью по данным проектных организаций при любом числе (более двух) токоприемников с длительным режимом работы и числом токоприемников более двадцати с повторно-кратковременным режимом.
• Тв = 8760 ч – время включение линии за год.

4. Определяем потери электроэнергии за год по выражению 4.48 и 4.49 [Л1, с. 115]:

5. Определяем потери активной электроэнергии в процентном соотношении:

Вариант II

Потерю электроэнергии можно определить иным способ, если известен годовой расход электроэнергии W = 4980*103 кВт*ч.

1. Определяем время использования максимума нагрузки Тмакс. исходя из характера производства и сменности работы потребителя составляет в среднем в год (ч) согласно [Л1, с. 116]:

• Для осветительных нагрузок – 1500 – 2000;
• Для односменных предприятий – 1800 – 2500;
• Для двухсменных предприятий – 3500 – 4500;
• Для трехсменных предприятий – 5000 – 7000;

Принимаем Тмакс. = 6000 ч – для трехсменных предприятий.

2. По графику, представленному на рис.4.8 [Л1, с. 116] определяем время потерь τ = 4700 ч, исходя из cosϕ = 0,8 и времени использования максимума нагрузки Тмакс. = 6000 ч.

3. Определяем максимальный ток за рассматриваемый промежуток времени (сутки, год) по выражению 4.53 [Л1, с. 117]:

4. Определяем потери электроэнергии за год по выражению 4.54 [Л1, с. 115]:

Как мы видим в данном случае результаты расчетов совпали, но может так получится, что у вас результаты расчетов могут не много отличатся друг от друга, связано это с погрешностью при определении времени потерь τ и коэффициента формы kф.

Литература:

1. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. Третье издание. Б.Ю. Липкин. 1981 г.
2. Справочник по проектированию электроснабжению. Ю.Г. Барыбина. 1990 г.

Поделиться в социальных сетях

Расчет потерь мощности диода

— Силовая электроника от A до Z

Как рассчитать рассеиваемую мощность диода?

Введение:

Прежде чем продолжить, просто запомните следующие моменты о диоде:

1. Когда диод смещен в прямом направлении (анод положительный относительно катода), он пропускает ток через него.
2. Когда диод смещен в обратном направлении (вывод катода положительный по отношению к выводу анода), он блокирует прохождение тока.

Когда ток течет через диод, некоторая часть тока уходит в виде тепловой энергии. Это известно как потеря мощности.
В этом коротком посте давайте посмотрим, как рассчитать потерю мощности диода…

Мощность — Определение:
Скорость, с которой выполняется работа в электрической цепи, называется электрической мощностью.
P = VI ватт

Из вышеприведенного определения
Скорость, с которой выполняется работа по перемещению электронов в диоде, зависит от,

1. Сколько электронов должно быть перемещено (что определяется приложенным прямым напряжением )
2. Скорость, с которой должны перемещаться электроны (которая определяется прямым током, протекающим по цепи)

Формула для расчета рассеиваемой мощности на диодах:

Рассеиваемая мощность = В _f x I _f Вт

Где,
В _f = Прямое падение напряжения на диоде
I _f = Прямой ток течет через диод

Пример расчета потерь диода:

Для правильного понимания рассмотрим приведенную выше простую схему.
Прямой ток (I _f ) должен быть рассчитан по формуле I = V / R. [Помните, что закон Ома V = IR]

Падение прямого напряжения, соответствующее прямому току, будет доступно в таблице данных диода. Эта информация доступна на графике V _f vs I _f .

Расчет рассеиваемой мощности стабилитрона:

Мы знаем, что стабилитрон будет подключен с обратным смещением, как показано на следующей схеме.
Рассмотрим схему, приведенную выше. Для расчета потерь мощности, возникших в стабилитроне, мы не можем использовать ранее упомянутую формулу.

Для этого потеря мощности составляет

P = V _Z x I _R

Где
Vz = напряжение стабилитрона
I _R = обратный ток утечки

Помните:
Для того же прямого тока (I _f ) прямое падение напряжения ₍ В, _f) будет меньше в диоде Шоттки, чем в обычном диоде с PN переходом.Следовательно, потери мощности в диоде Шоттки будут меньше.

Подробнее:

Учебное пособие по схеме диодного моста выпрямителя
Основы силового диода
Как стабилитрон работает как регулятор напряжения?

Спасибо, что прочитали о расчете потерь мощности диодов… Пожалуйста, поставьте нам лайк в Facebook…
Мы пропустили какие-то моменты ??? Поделитесь в комментариях…

.Формулы потери мощности

Corona — EEEbooks4U

В этой статье мы обсудим формулу потери мощности короны — формулу взгляда. Мы определим его удобство использования в различных вариациях обстоятельств.

• Ионы, образующиеся в воздухе за счет ионов, движутся. Энергия, необходимая для их движения, поступает от системы питания. Эта дополнительная необходимая мощность, которая рассеивается в виде тепла, звука и света в случае короны, называется потерей короны.

Выражение для потери короны дается формулой Пика и применимо для справедливых условий.

кВт / км / ч

Где = частота сети в Гц

= среднеквадратичное значение между фазой и нейтралью. напряжение в кВ

= Критическое напряжение пробоя

В дождливую и ненастную погоду критическое разрушающее напряжение снижается в 0,8 раза.

Следовательно, потеря мощности короны в дождливых условиях определяется выражением

• Формула полезна, когда преобладают потери от короны и соотношение

Если отношение меньше 1.8, необходимо использовать формулу Петерсона, которая определяется как:

Где F — коэффициент, который изменяется в соответствии с соотношением

.

Нравится:

Нравится Загрузка …

Связанные

Опубликовано Ashok Saini

Изучал электротехнику (EE) в Национальном технологическом институте Малавии (MNIT), Джайпур.

|| Джай Шри Радхи || Джай Шри Шьям || Джай Сия Рам ||
Просмотреть все сообщения Ashok Saini

Опубликовано
7 мая 2017 г. 10 апреля 2020 г.

.

Основы: Рассеивание мощности и электронные компоненты

Постоянно существующей проблемой в проектировании электронных схем является выбор подходящих компонентов, которые не только выполняют свои намеченные задачи, но и выживут в предсказуемых условиях эксплуатации. Большая часть этого процесса — убедиться, что ваши компоненты будут оставаться в пределах своих безопасных рабочих ограничений с точки зрения тока, напряжения и мощности. Из этих трех «силовая» часть часто бывает самой сложной (как для новичков, так и для экспертов), потому что безопасная рабочая зона может очень сильно зависеть от особенностей ситуации.

Далее мы познакомим вас с некоторыми из основных концепций рассеивания мощности в электронных компонентах, чтобы понять, как выбирать компоненты для простых схем с учетом ограничений мощности.

— НАЧАЛО ПРОСТОГО —

Давайте начнем с одной из самых простых схем, которую только можно вообразить: батарея, подключенная к единственному резистору:

Здесь у нас одна батарея на 9 В и одна батарея на 100? (100 Ом) резистор, соединенный проводами для образования полной цепи.

Достаточно просто, правда? Но теперь вопрос: если вы действительно хотите построить эту схему, насколько «большой» из 100? резистор нужно ли использовать, чтобы убедиться, что он не перегревается? Другими словами, можем ли мы просто использовать «обычный» резистор ¼ W, как показано ниже, или нам нужно увеличить?

Чтобы это выяснить, нам необходимо рассчитать мощность, рассеиваемую резистором.
Вот общее правило расчета рассеиваемой мощности:

Правило питания: P = I × В
Если ток I протекает через данный элемент в вашей цепи, теряя при этом напряжение В , то мощность, рассеиваемая этой схемой Элемент является произведением этого тока и напряжения: P = I × V .

В сторону :
Каким образом ток, умноженный на напряжение, может дать нам измерение «мощности»?

Чтобы понять это, нам нужно помнить, что физически представляют ток и напряжение.

Электрический ток — это скорость протекания электрического заряда по цепи, обычно выражаемая в амперах, где 1 ампер = 1 кулон в секунду. (Кулон — это единица измерения электрического заряда в системе СИ.)

Напряжение или, более формально, электрический потенциал — это потенциальная энергия, приходящаяся на единицу электрического заряда в рассматриваемом элементе схемы.В большинстве случаев вы можете думать об этом как о количестве энергии, которое «расходуется» в элементе на единицу проходящего заряда. Электрический потенциал обычно измеряется в вольтах, где 1 вольт = 1 джоуль на кулон. (Джоуль — единица энергии в системе СИ.)

Итак, если мы возьмем ток, умноженный на напряжение, это даст нам количество энергии, которое «израсходовано» в элементе на единицу заряда, умноженное на количества этих единиц заряда, проходящих через элемент в секунду. :

1 ампер × 1 вольт =
1 (кулон / секунда) × 1 (джоуль / кулон) =
1 джоуль / секунда

Результирующая величина выражается в единицах один джоуль в секунду: скорость потока энергии, более известная как мощность.Единица измерения мощности в системе СИ — ватт, где 1 ватт = 1 джоуль в секунду.

Итак, у нас есть

1 ампер × 1 вольт = 1 ватт

Снова на нашу трассу! Чтобы использовать правило мощности ( P = I × V ), нам необходимо знать как ток через резистор, так и напряжение на резисторе.

Сначала мы используем закон Ома ( В, = I, × R, ), чтобы найти ток через резистор.
• Напряжение на резисторе В = 9 В.
• Сопротивление резистора R = 100 Ом.

Следовательно, ток через резистор равен:

I = В / R = 9 В / 100? = 90 мА

Затем мы можем использовать правило мощности ( P = I × V ), чтобы найти мощность, рассеиваемую резистором.
• Ток через резистор I = 90 мА.
• Напряжение на резисторе В = 9 В.

Следовательно, мощность, рассеиваемая на резисторе, составляет:

P = I × В = 90 мА × 9 В = 0,81 Вт

Так вы можете использовать резистор на 1/4 Вт?

Нет, потому что он, скорее всего, выйдет из строя из-за перегрева.
100? резистор в этой схеме должен быть рассчитан не менее чем на 0,81 Вт. Обычно выбирается следующий больший доступный размер, в данном случае 1 Вт.

Резистор мощностью 1 Вт обычно поставляется в гораздо более крупном физическом корпусе, как показано здесь:

(1 Вт, резистор 51 Ом, для сравнения размеров.)

Поскольку резистор на 1 Вт физически намного больше, он должен быть в состоянии справиться с рассеиванием большего количества энергии за счет большей площади поверхности и более широких выводов. (Он все еще может сильно нагреваться на ощупь, но не должен нагреваться настолько, чтобы выйти из строя.)

Вот альтернативное расположение, которое работает с четырьмя 25? резисторы в серии (а в сумме все равно 100?).В этом случае ток через каждый резистор по-прежнему составляет 90 мА. Но, поскольку на каждом резисторе есть только четверть напряжения, на каждом резисторе рассеивается только четверть меньше мощности. Для этого достаточно, чтобы четыре резистора были рассчитаны на 1/4 Вт.

В сторону: прорабатываем этот пример.

Поскольку четыре резистора включены последовательно, мы можем сложить их значения, чтобы получить их общее сопротивление, равное 100 Ом. Использование закона Ома с этим общим сопротивлением снова дает нам ток 90 мА.И снова, поскольку резисторы включены последовательно, одинаковый ток (90 мА) должен течь через каждый обратно в батарею. Напряжение через каждые 25? резистор тогда В = I × R , или 90 мА × 25? = 2,25 В. (Чтобы еще раз убедиться, что это разумно, обратите внимание, что напряжения на четырех резисторах в сумме составляют 4 × 2,25 В = 9 В.)

Мощность на каждого человека 25? резистор P = I × В = 90 мА × 2,25 В? 0,20 Вт, безопасный уровень для использования с резистором на 1/4 Вт.Интуитивно понятно, что если разделить 100? резистор на четыре равные части, каждая из которых должна рассеивать четверть всей мощности.

— ЗА РЕЗИСТОРАМИ —

Для нашего следующего примера давайте рассмотрим следующую ситуацию: предположим, что у вас есть схема, которая принимает входной сигнал от источника питания 9 В и имеет встроенный линейный стабилизатор для понижения напряжения до 5 В, где все работает. Ваша нагрузка на конце 5 В может достигать 1 А.

Как выглядит мощность в этой ситуации?

Регулятор, по сути, действует как большой переменный резистор, который регулирует свое сопротивление по мере необходимости для поддержания постоянного выходного напряжения 5 В. Когда выходная нагрузка составляет 1 А, выходная мощность, выдаваемая регулятором, составляет 5 В × 1 А = 5 Вт, а мощность, потребляемая в цепи источником питания 9 В, составляет 9 Вт. Напряжение, падающее на стабилизаторе. составляет 4 В, а при 1 А, это означает, что 4 Вт рассеивается линейным регулятором — также разница между входной и выходной мощностью.

В каждой части этой схемы соотношение мощности задается следующим образом: P = I × V . Две части — регулятор и нагрузка — это места, где рассеивается мощность. А в части цепи, подключенной к источнику питания, P = I × V описывает вход питания в систему — напряжение увеличивается на по мере прохождения тока по источнику питания.

Кроме того, стоит отметить, что мы, , не сказали , какая нагрузка тянет этот 1 А.Электроэнергия потребляется, но это не обязательно означает, что она преобразуется в (просто) тепловую энергию — это может быть питание двигателя или, например, набора зарядных устройств для аккумуляторов.

Кроме того:
Хотя такая установка линейного регулятора напряжения, как эта, является очень распространенной схемой для электроники , стоит отметить, что это также невероятно неэффективная схема : 4/9 входной мощности просто сгорает как тепло, даже при работе на более низких токах.

— КОГДА НЕТ ПРОСТОЙ СПЕЦИФИКАЦИИ «МОЩНОСТЬ» —

Далее, немного более сложная часть: убедиться, что ваш регулятор может справиться с мощностью. На резисторах четко указана их мощность, но на линейных регуляторах это не всегда. В приведенном выше примере регулятора предположим, что мы используем регулятор L7805ABV от ST (техническое описание здесь).

(Фото: типичный корпус TO-220, тип, который обычно используется для линейных регуляторов средней мощности)

L7805ABV — линейный стабилизатор 5 В в корпусе TO-220 (аналогичный показанному выше), рассчитанный на 1.Выходной ток 5 А и входное напряжение до 35 В.

Наивно, вы можете предположить, что вы можете подключить его прямо к входу 35 В и рассчитывать на выход 1,5 А, что означает, что регулятор будет излучать мощность 30 В * 1,5 А = 45 Вт. Но это крошечный пластиковый пакет; на самом деле он не может справиться с такой большой мощностью. Если вы посмотрите в таблицу в разделе «Абсолютные максимальные характеристики», чтобы попытаться определить, с какой мощностью он может справиться, все, что там написано, является «внутренним ограничением», что само по себе далеко не ясно.

Оказывается, существует фактическая номинальная мощность, но обычно она несколько «спрятана» в таблице данных. Вы можете понять это, просмотрев пару связанных спецификаций:

• T _OP , Диапазон рабочих температур перехода: от -40 до 125 ° C

• R _thJA , Термическое сопротивление переход-окружающая среда: 50 ° C / Вт

• R _thJC , Термическое сопротивление переходной коробки: 5 ° C / Вт

Рабочий диапазон температур перехода, T _OP , определяет, насколько горячим может быть «переход» — активная часть интегральной схемы регулятора, прежде чем он перейдет в режим теплового отключения.(Тепловое отключение — это внутренний предел, который делает мощность регулятора «внутренне ограниченной».) Для нас это максимум 125 ° C.

Тепловое сопротивление переход-окружающая среда R _thJA (часто обозначается как? _JA ), сообщает нам, насколько нагревается переход, когда (1) регулятор рассеивает заданное количество мощности и (2) регулятор находится внутри на открытом воздухе при заданной температуре окружающей среды. Предположим, нам нужно спроектировать регулятор для работы только в скромных коммерческих условиях, температура которых не превышает 60 ° C.Если нам нужно поддерживать температуру перехода ниже 125 ° C, то максимальное повышение температуры, которое мы можем допустить, составляет 65 ° C. Если у нас есть R _thJA 50 ° C / Вт, то максимальная рассеиваемая мощность, которую мы можем допустить, составляет 65/50 = 1,3 Вт, если мы хотим предотвратить переход регулятора в состояние теплового отключения. Это значительно ниже 4 Вт, которые можно было бы ожидать при токе нагрузки 1 А. Фактически, мы можем выдержать только 1,3 Вт / 4 В = 325 мА среднего выходного тока, не отправляя регулятор в состояние теплового отключения.

Это, однако, относится к случаю, когда TO-220 излучает в окружающий воздух — почти наихудшая ситуация. Если мы сможем добавить радиатор или иным образом охладить регулятор, мы сможем добиться большего.

Противоположный конец спектра представлен другой термической спецификацией: корпус с термическим сопротивлением, R _thJC . Это определяет, какую разницу температур можно ожидать между переходом и внешней стороной корпуса TO-220: всего 5 ° C / Вт. Это соответствующий номер , если вы можете быстро отвести тепло от корпуса, например, если у вас есть очень хороший радиатор, подключенный к внешней стороне корпуса TO-220.С большим радиатором и идеальным соединением с этим радиатором при мощности 4 Вт температура перехода повысится всего на 20 ° C по сравнению с температурой вашего радиатора. Это представляет собой абсолютный минимум нагрева, которого можно ожидать в идеальных условиях.

В зависимости от технических требований, вы можете начать с этого момента, чтобы построить полный бюджет мощности, чтобы учесть теплопроводность каждого элемента вашей системы, от самого регулятора до термоинтерфейса между ним и радиатором, к тепловой связи радиатора с окружающим воздухом.Затем вы можете проверить соединения и относительную температуру каждого компонента с помощью бесконтактного инфракрасного термометра с точечным считыванием. Но часто лучше переоценить ситуацию и посмотреть, есть ли лучший способ сделать это.

В данной ситуации можно подумать о переходе на стабилизатор для поверхностного монтажа, который обеспечивает лучшую управляемую мощность (за счет использования печатной платы в качестве радиатора), или, возможно, стоит подумать о добавлении силового резистора (или стабилитрона) до стабилизатор для снижения большей части напряжения за пределами корпуса регулятора , уменьшая нагрузку на него.Или еще лучше, посмотрите, есть ли способ построить вашу схему без каскада линейного регулятора с потерями.

— ПОСЛЕ СЛОВА —

Мы рассмотрели основы понимания рассеяния мощности в нескольких простых схемах постоянного тока.

Принципы, которые мы рассмотрели, являются довольно общими, и их можно использовать для понимания энергопотребления в большинстве типов пассивных элементов и даже в большинстве типов интегральных схем. Однако существуют реальные ограничения, и можно потратить всю жизнь на изучение нюансов энергопотребления, особенно при более низких токах или высоких частотах, когда малые потери, которыми мы пренебрегли, становятся важными.

В цепях переменного тока многие вещи ведут себя по-разному, но правило мощности все еще сохраняется в большинстве случаев: P (t) = I (t) × В (t) для изменяющихся во времени тока и напряжения. И не все регуляторы работают с потерями: импульсные источники питания могут преобразовывать (например) 9 В постоянного тока в 5 В постоянного тока с КПД 90% или выше — это означает, что при хорошем дизайне может потребоваться всего около 0,6 А при 9 В для производят 5 В при 1 А. Но это уже отдельная история.

.

Калькулятор потерь на пути в свободном пространстве (FSPL)

Потери на пути в свободном пространстве — это потеря мощности сигнала при прохождении через свободное пространство. Это значение обычно рассчитывается путем исключения любых препятствий или отражений, которые могут возникнуть на его пути. IEEE определяет это как «потери между двумя изотропными излучателями в свободном пространстве, выраженные как отношение мощностей». Введите значения частоты, расстояния и системы для расчета потерь на свободном пути. Выражается в дБ.

Расчет потерь сигнала в свободном пространстве

Щелкните здесь, чтобы просмотреть изображение

Где —

d = Расстояние между антеннами.

f = частота

G (Tx) = усиление передающей антенны.

G (Rx) = усиление приемной антенны.

c = Скорость света в вакууме (Метры в секунду)

Потери на свободном пути

Потери на трассе свободного пространства используются для прогнозирования мощности радиосигнала на определенном расстоянии.Это теоретическое значение, поскольку в реальном мире существует множество препятствий, отражений и потерь, которые необходимо учитывать при оценке сигнала в определенном месте. Однако FSPL — хорошее приближение для оценки потерь сигнала при распространении через свободное пространство.

В приведенном выше расчете калькулятор потерь фрагментов в свободном пространстве учитывает усиление как на приемной, так и на передающей антеннах. Усиление антенн компенсирует потери на определенное значение в децибелах.Если вы проигнорируете усиление на любом конце, то есть на передающей и принимающей стороне, то FSPL будет просто фактором частоты и расстояния. Мы также предположили, что радиочастотные сигналы будут распространяться в воздухе. Если бы они распространялись в другой среде, этот калькулятор не дал бы правильного результата.

.