Všichni se denně setkáváme s elektrickými spotřebiči. Bez nich jako by se náš život zastavil. A každý spotřebič má v katalogovém listu uveden jmenovitý výkon. Dnes se dozvíme, co to je, jaké jsou jeho typy a jak ho vypočítat.
Obsah
Napájení v obvodu střídavého proudu
Elektrické spotřebiče zapojené do síťových obvodů pracují na střídavý proud, takže za těchto podmínek se budeme zabývat napájením. Nejprve však uveďme obecnou definici tohoto pojmu.
Napájení . - Fyzikální veličina vyjadřující rychlost přeměny nebo přenosu elektrické energie.
V užším slova smyslu se říká, že elektrický výkon je poměr práce vykonané za určitý časový úsek k tomuto časovému úseku.
Méně vědecky řečeno, výkon je množství energie spotřebované spotřebitelem za určitý časový úsek. Nejjednodušším příkladem je obyčejná žárovka. Rychlost, jakou žárovka přeměňuje spotřebovanou elektřinu na teplo a světlo, je její příkon. Čím vyšší je počáteční hodnota žárovky, tím více energie spotřebuje a tím více světla vydá.
Protože v tomto případě neprobíhá pouze proces přeměny elektřiny na jiný proces (světlo, teplo atd.).světlo, teplo atd.), ale také procesem kmitání elektrického a magnetického pole se objevuje fázový posun mezi proudem a napětím, který je třeba při dalších výpočtech zohlednit.
Při výpočtu výkonu v obvodu střídavého proudu se obvykle rozlišuje mezi činnou, jalovou a celkovou složkou.
Koncept činného výkonu
Činný "užitečný" výkon je ta část výkonu, která se používá k přímé přeměně elektrické energie na jiné formy energie. Označuje se latinským písmenem P a měří se v Watt (W).
Vypočítáno podle vzorce: P = U⋅I⋅cosφ,
kde U a I jsou efektivní hodnoty napětí a proudu, cos φ je kosinus fázového úhlu mezi napětím a proudem.
DŮLEŽITÉ! Dříve popsaný vzorec je vhodný pro výpočet 220VU těžkých strojů se však obvykle používá obvod s 380 V. Vzorec je tedy nutné vynásobit odmocninou ze tří, tedy 1,73.
Koncept jalového výkonu
Jalový "škodlivý" výkon je výkon, který vzniká při provozu spotřebičů s indukční nebo kapacitní zátěží a který odráží vzniklé elektromagnetické oscilace. Zjednodušeně řečeno se jedná o energii, která se přenáší ze zdroje energie ke spotřebiteli a poté se vrací zpět do sítě.
V případě této komponenty se samozřejmě nehodí k použití, navíc velmi poškozuje napájecí síť, proto se obvykle snaží o její kompenzaci.
Tato hodnota se označuje latinským písmenem Q.
PAMATUJTE! Jalový výkon se neměří v běžných wattech (Wale ve voltampérech jalových (VÁLKA).
Vypočítá se podle vzorce:
Q = U⋅I⋅sinφ,
kde U a I jsou efektivní hodnoty napětí a proudu, sinφ je sinus fázového úhlu mezi napětím a proudem.
DŮLEŽITÉ! Při výpočtu může být tato hodnota kladná nebo záporná v závislosti na fázovém pohybu.
Kapacitní a induktivní zátěže
Hlavní rozdíl mezi reaktivními (kapacitní a induktivní) jsou vlastně kapacitní a induktivní zátěže, které mají tu vlastnost, že akumulují energii a pak ji dodávají zpět do sítě.
Indukční zátěž nejprve přemění energii elektrického proudu na magnetické pole (na polovinu období) a poté přeměňuje energii magnetického pole na elektrický proud a přenáší ji do sítě. Příkladem jsou asynchronní motory, usměrňovače, transformátory, elektromagnety.
DŮLEŽITÉ! U induktivních zátěží se křivka proudu vždy opožďuje za křivkou napětí o půl periody.
Kapacitní zátěž přeměňuje energii elektrického proudu na elektrické pole a následně přeměňuje energii vzniklého pole zpět na elektrický proud. Oba procesy opět probíhají vždy po dobu půlhodiny. Příkladem jsou kondenzátory, baterie, synchronní motory.
DŮLEŽITÉ! Při provozu kapacitní zátěže předbíhá křivka proudu křivku napětí o polovinu půlperiody.
Účiník cosφ
Účiník cosφ (který se čte jako kosinus phije skalární veličina, která udává účinnost spotřeby elektrické energie. Zjednodušeně řečeno, cosφ ukazuje přítomnost jalové části a velikost výsledné činné části ve vztahu k celkovému výkonu.
Činitel cos ϕ se zjišťuje v poměru činného elektrického výkonu k celkovému elektrickému výkonu.
UPOZORNĚNÍ! Pro přesnější výpočet je třeba vzít v úvahu nelineární zkreslení sinusového průběhu, které se při běžných výpočtech zanedbává.
Hodnota tohoto faktoru se může pohybovat od 0 do 1 (pokud se výpočet provádí v procentech, pak od 0 % do 100 %.). Ze vzorce je snadno patrné, že čím vyšší je hodnota, tím větší je aktivní složka, a tím lepší je výkon.
Koncept celkového výkonu Silový trojúhelník
Zdánlivý výkon se vypočítá geometricky jako odmocnina ze součtu čtverců činného a jalového výkonu. Označuje se latinským písmenem S.
Celkový výkon můžete také vypočítat vynásobením napětí a proudu.
S = U⋅I
DŮLEŽITÉ! Celkový výkon se měří ve voltampérech (VA).
Výkonový trojúhelník je vhodným znázorněním všech dříve popsaných výpočtů a vztahů mezi činným, jalovým a zdánlivým výkonem.
Kocelky představují jalovou a činnou složku, zatímco přepona představuje celkový výkon. Podle zákonů geometrie se kosinus úhlu φ rovná poměru činné a celkové složky, tj. je to účiník.
Jak zjistit aktivní, reaktivní a zdánlivé síly. Příklad výpočtu
Všechny výpočty jsou založeny na dříve uvedených vzorcích a mocninném trojúhelníku. Podívejme se na problém, se kterým se v praxi často setkáváme.
Obvykle jsou spotřebiče označeny jmenovitým činným výkonem a hodnotou cosφ. Na základě těchto informací lze snadno vypočítat jalové a celkové složky.
Za tímto účelem vydělte činný výkon koeficientem cosφ a získejte součin proudu a napětí. To bude zjevná síla.
Z výkonového trojúhelníku pak zjistěte jalový výkon, který se rovná čtverci rozdílu čtverců celkového a činného výkonu.
Jak se cosφ měří v praxi
Hodnota cos ϕ je obvykle uvedena na štítcích přístrojů, ale pokud je nutné ji v praxi změřit, je třeba použít specializovaný přístroj, tzv. fázoměr .. Snadno si poradí i digitální wattmetr.
Pokud je výsledný cosφ dostatečně nízký, lze jej prakticky kompenzovat. Toho se dosahuje především zapojením dalších přístrojů do obvodu.
- Pokud je nutné jalovou složku korigovat, je třeba do obvodu přidat jalový prvek, který působí v opačném směru než již fungující zařízení. Pro kompenzaci asynchronního motoru je paralelně připojen kondenzátor, který je příkladem indukční zátěže. Ke kompenzaci synchronního motoru je připojen solenoid.
- Pokud je nutné korigovat problémy s nelinearitou, je zařazen pasivní korektor cosφ, např. vysokoindukční tlumivka zapojená do série se zátěží.
Výkon - to je jeden z nejdůležitějších ukazatelů elektrických spotřebičů, takže vědět, co to je a jak se počítá, je užitečné nejen pro školáky a lidi specializující se na techniku, ale i pro nás všechny.
Související články:
