Cu toții întâlnim zilnic aparate electrice, se pare că viața noastră se oprește fără ele. Și fiecare dintre ele în instrucțiunile tehnice indică puterea. Astăzi ne vom da seama ce este, vom învăța tipurile și metodele de calcul.
Conţinut
Putere într-un circuit de curent alternativ
Aparatele electrice conectate la rețea funcționează într-un circuit de curent alternativ, așa că vom avea în vedere puterea în aceste condiții. Cu toate acestea, mai întâi, să dăm o definiție generală a conceptului.
Putere - o mărime fizică care reflectă rata de conversie sau transmitere a energiei electrice.
Într-un sens mai restrâns, ei spun că puterea electrică este raportul dintre munca efectuată într-o anumită perioadă de timp și această perioadă de timp.
Pentru a parafraza această definiție mai puțin științific, se dovedește că puterea este o anumită cantitate de energie care este consumată de consumator într-o anumită perioadă de timp. Cel mai simplu exemplu este o lampă incandescentă obișnuită. Rata cu care un bec transformă electricitatea pe care o consumă în căldură și lumină este puterea sa. În consecință, cu cât acest indicator este mai mare inițial pentru un bec, cu atât va consuma mai multă energie și va oferi mai multă lumină.
Deoarece în acest caz nu există doar procesul de transformare a energiei electrice în altul (ușoară, termică etc.), dar și procesul de oscilație a câmpurilor electrice și magnetice, apare o defazare între curent și tensiune, iar acest lucru trebuie luat în considerare în calculele ulterioare.
Când se calculează puterea într-un circuit de curent alternativ, se obișnuiește să se distingă componentele active, reactive și complete.
Conceptul de putere activă
Puterea „utilă” activă este acea parte a puterii care caracterizează direct procesul de transformare a energiei electrice într-o altă energie. Notat cu litera latină P și măsurat în wați (mar).
Se calculează după formula: P = U⋅I⋅cosφ,
unde U și I sunt valoarea efectivă a tensiunii și, respectiv, curentului circuitului, cos φ este cosinusul unghiului de fază dintre tensiune și curent.
IMPORTANT! Formula descrisă mai devreme este potrivită pentru calcularea circuitelor cu tensiune 220V, totuși, unitățile puternice folosesc de obicei o rețea cu o tensiune de 380V. În acest caz, expresia ar trebui înmulțită cu rădăcina lui trei sau 1,73
Conceptul de putere reactivă
Puterea reactivă „dăunătoare” este puterea care este generată în timpul funcționării aparatelor electrice cu sarcină inductivă sau capacitivă și reflectă oscilațiile electromagnetice în curs. Mai simplu spus, aceasta este energia care trece de la sursa de energie la consumator și apoi se întoarce înapoi în rețea.
Desigur, este imposibil să utilizați această componentă în afaceri, în plus, dăunează rețelei de alimentare în multe feluri, prin urmare, de obicei încearcă să o compenseze.
Această valoare este indicată de litera latină Q.
TINE MINTE! Puterea reactivă nu se măsoară în wați convenționali (mar), și în volți-amperi reactivi (Var).
Se calculează după formula:
Q = U⋅I⋅sinφ,
unde U și I sunt valoarea efectivă a tensiunii și, respectiv, curentului circuitului, sinφ este sinusul unghiului de fază dintre tensiune și curent.
IMPORTANT! La calcul, această valoare poate fi atât pozitivă, cât și negativă, în funcție de mișcarea de fază.
Sarcini capacitive și inductive
Principala diferență între reactiv (capacitiv și inductiv) încărcări - prezența, de fapt, a capacității și inductanței, care tind să înmagazineze energie și să o dea ulterior rețelei.
O sarcină inductivă transformă mai întâi energia unui curent electric într-un câmp magnetic (pe o jumătate de ciclu), apoi transformă energia câmpului magnetic în curent electric și o transmite în rețea. Exemple sunt motoarele cu inducție, redresoarele, transformatoarele, electromagneții.
IMPORTANT! Când se operează o sarcină inductivă, curba curentului întârzie întotdeauna curba tensiunii cu jumătate de ciclu.
O sarcină capacitivă transformă energia unui curent electric într-un câmp electric și apoi transformă energia câmpului rezultat înapoi într-un curent electric.Ambele procese continuă din nou timp de o jumătate de ciclu fiecare. Exemple sunt condensatoarele, bateriile, motoarele sincrone.
IMPORTANT! În timpul funcționării cu sarcină capacitivă, curba de curent conduce curba de tensiune cu o jumătate de ciclu.
Factorul de putere cosφ
Factorul de putere cosφ (citi cosinus phi) este o mărime fizică scalară care reflectă eficiența consumului de energie electrică. Mai simplu spus, coeficientul cosφ arată prezența unei părți reactive și valoarea părții active primite în raport cu puterea totală.
Coeficientul cosφ se găsește prin raportul dintre puterea electrică activă și puterea electrică aparentă.
NOTĂ! Într-un calcul mai precis, distorsiunile neliniare ale sinusoidei ar trebui luate în considerare, cu toate acestea, acestea sunt neglijate în calculele convenționale.
Valoarea acestui coeficient poate varia de la 0 la 1 (dacă calculul este efectuat în procente, atunci de la 0% la 100%). Din formula de calcul, nu este greu de înțeles că cu cât valoarea sa este mai mare, cu atât componenta activă este mai mare, ceea ce înseamnă că performanța dispozitivului este mai bună.
Conceptul de putere totală. Triunghiul puterii
Puterea aparentă este o valoare calculată geometric egală cu rădăcina sumei pătratelor puterii active și, respectiv, reactive. Desemnat cu litera latină S.
De asemenea, puteți calcula puterea totală înmulțind tensiunea și respectiv curentul.
S = U⋅I
IMPORTANT! Puterea aparentă este măsurată în volți-amperi (VA).
Triunghiul puterii este o reprezentare convenabilă a tuturor calculelor descrise anterior și a relațiilor dintre puterea activă, reactivă și aparentă.
Picioarele reflectă componentele reactive și active, ipotenuza - puterea totală. Conform legilor geometriei, cosinusul unghiului φ este egal cu raportul dintre componentele active și totale, adică este factorul de putere.
Cum să găsiți puterea activă, reactivă și aparentă. Exemplu de calcul
Toate calculele se bazează pe formulele menționate anterior și pe triunghiul puterii. Să ne uităm la problema întâlnită cel mai des în practică.
De obicei, aparatele electrice sunt marcate cu puterea activă și valoarea coeficientului cosφ. Cu aceste date, este ușor de calculat componentele reactive și totale.
Pentru a face acest lucru, împărțim puterea activă la coeficientul cosφ și obținem produsul dintre curent și tensiune. Aceasta va fi putere maximă.
În plus, pe baza triunghiului puterii, găsim puterea reactivă egală cu pătratul diferenței dintre pătratele puterilor aparente și active.
Cum se măsoară cosφ în practică
Valoarea coeficientului cosφ este de obicei indicată pe etichetele aparatelor electrice, cu toate acestea, dacă este necesar să se măsoare în practică, acestea folosesc un dispozitiv specializat - contor de fază. De asemenea, un wattmetru digital poate face față cu ușurință acestei sarcini.
Dacă coeficientul cosφ obţinut este suficient de mic, atunci acesta poate fi compensat practic. Acest lucru se realizează în principal prin includerea de dispozitive suplimentare în circuit.
- Dacă este necesară corectarea componentei reactive, atunci un element reactiv trebuie inclus în circuit, acționând opus dispozitivului deja funcțional. Pentru a compensa funcționarea unui motor cu inducție, de exemplu o sarcină inductivă, un condensator este conectat în paralel. Un electromagnet este conectat pentru a compensa motorul sincron.
- Dacă este necesar să se corecteze problemele de neliniaritate, în circuit este introdus un corector pasiv cosφ, de exemplu, poate fi o bobină de inductanță mare conectată în serie cu sarcina.
Puterea este unul dintre cei mai importanți indicatori ai aparatelor electrice, așa că a ști ce este și cum este calculată este utilă nu numai pentru școlari și pentru oamenii specializați în tehnologie, ci și pentru fiecare dintre noi.
Articole similare:
