Wir alle sind jeden Tag mit elektrischen Geräten konfrontiert, ohne die unser Leben stillzustehen scheint. Und jedes Gerät hat eine Leistungsangabe auf seinem Datenblatt. Heute werden wir herausfinden, was es ist, welche Arten es gibt und wie man es berechnet.
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Leistung in einem AC-Stromkreis
Elektrische Geräte, die an das Stromnetz angeschlossen sind, werden mit Wechselstrom betrieben, so dass wir uns unter diesen Bedingungen mit Strom beschäftigen. Zunächst soll jedoch eine allgemeine Definition des Begriffs gegeben werden.
Leistung . - Eine physikalische Größe, die die Geschwindigkeit angibt, mit der elektrische Energie umgewandelt oder übertragen wird.
Im engeren Sinne wird die elektrische Leistung als das Verhältnis der in einer Zeitspanne geleisteten Arbeit zu dieser Zeitspanne bezeichnet.
Um diese Definition weniger wissenschaftlich zu formulieren: Leistung ist die Menge an Energie, die ein Verbraucher in einem bestimmten Zeitraum verbraucht. Das einfachste Beispiel ist eine gewöhnliche Glühbirne. Die Geschwindigkeit, mit der eine Glühbirne den von ihr verbrauchten Strom in Wärme und Licht umwandelt, ist ihre Wattzahl. Je höher die Ausgangsleistung der Glühbirne ist, desto mehr Energie verbraucht sie und desto mehr Licht gibt sie ab.
Denn in diesem Fall findet nicht nur der Prozess der Umwandlung von Strom in einen anderen Prozess (Licht, Wärme usw.) statt.Licht, Wärme, etc.), sondern auch der Prozess der Oszillation des elektrischen und magnetischen Feldes, tritt eine Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung auf, die bei weiteren Berechnungen berücksichtigt werden muss.
Bei der Berechnung der Leistung in einem Wechselstromkreis ist es üblich, zwischen Wirk-, Blind- und Gesamtkomponenten zu unterscheiden.
Das Konzept der Wirkleistung
Die "nutzbare" Wirkleistung ist der Teil der Leistung, der zur direkten Umwandlung von elektrischer Energie in andere Energieformen verwendet wird. Er wird mit dem lateinischen Buchstaben P bezeichnet und in Watt (W).
Berechnet nach der Formel: P = U⋅I⋅cosφ,
wobei U und I der Effektivwert der Spannung bzw. des Stroms sind, cos φ der Kosinus des Phasenwinkels zwischen Spannung und Strom ist.
WICHTIG! Die zuvor beschriebene Formel eignet sich für die Berechnung von 220VSchwere Maschinen verwenden jedoch normalerweise einen Stromkreis mit 380 V. Es ist daher notwendig, die Formel mit der Wurzel aus drei oder 1,73 zu multiplizieren.
Das Konzept der Blindleistung
Die "schädliche" Blindleistung ist die Leistung, die beim Betrieb von Geräten mit induktiven oder kapazitiven Lasten erzeugt wird und die die auftretenden elektromagnetischen Schwingungen widerspiegelt. Vereinfacht ausgedrückt handelt es sich dabei um die Energie, die vom Stromversorger zum Verbraucher übertragen und anschließend wieder in das Netz eingespeist wird.
Für dieses Bauteil ist es natürlich nicht geeignet; außerdem ist es sehr schädlich für das Stromnetz, weshalb man meist versucht, es zu kompensieren.
Dieser Wert wird mit dem lateinischen Buchstaben Q bezeichnet.
VERGESSEN! Die Blindleistung wird nicht in herkömmlichen Watt gemessen (Wsondern in Volt-Ampere reaktiv (KRIEG).
Sie wird nach der Formel berechnet:
Q = U⋅I⋅sinφ,
Dabei sind U und I der Effektivwert der Spannung bzw. des Stroms, sinφ ist der Sinus des Phasenwinkels zwischen Spannung und Strom.
WICHTIG! Bei der Berechnung kann dieser Wert je nach Phasenbewegung entweder positiv oder negativ sein.
Kapazitive und induktive Lasten
Der Hauptunterschied zwischen reaktiven (kapazitiv und induktiv) sind eigentlich kapazitive und induktive Lasten, die die Eigenschaft haben, Energie zu speichern und dann wieder in das Netz einzuspeisen.
Eine induktive Last wandelt zunächst die Energie eines elektrischen Stroms in ein Magnetfeld um (eine halbe Stunde lang) und wandelt dann die Magnetfeldenergie in elektrischen Strom um und leitet ihn an das Stromnetz weiter. Beispiele sind Asynchronmotoren, Gleichrichter, Transformatoren und Elektromagnete.
WICHTIG! Bei induktiven Lasten hinkt die Stromkurve der Spannungskurve immer um eine halbe Periode hinterher.
Eine kapazitive Last wandelt die Energie eines elektrischen Stroms in ein elektrisches Feld um und wandelt dann die Energie des entstehenden Feldes wieder in elektrischen Strom um. Beide Prozesse laufen jeweils über eine halbe Periode ab. Beispiele sind Kondensatoren, Batterien, Synchronmotoren.
WICHTIG! Beim Betrieb einer kapazitiven Last ist die Stromkurve der Spannungskurve um eine halbe Halbperiode voraus.
Leistungsfaktor cosφ
Leistungsfaktor cosφ (die den Kosinus phiist eine skalare Größe, die den Wirkungsgrad des elektrischen Energieverbrauchs angibt. Einfach ausgedrückt, zeigt cosφ das Vorhandensein des Blindanteils und die Größe des daraus resultierenden Wirkanteils im Verhältnis zur Gesamtleistung.
Der cos ϕ-Faktor ergibt sich aus dem Verhältnis zwischen der elektrischen Wirkleistung und der elektrischen Gesamtleistung.
BITTE BEACHTEN! Für eine genauere Berechnung müssen nichtlineare Verzerrungen der Sinuswellenform berücksichtigt werden, die bei normalen Berechnungen jedoch vernachlässigt werden.
Der Wert dieses Faktors kann zwischen 0 und 1 variieren (wenn die Berechnung als Prozentsatz erfolgt, dann von 0% bis 100%). Aus der Formel ist leicht ersichtlich, dass je höher der Wert ist, desto höher ist der aktive Anteil und desto besser ist die Leistung.
Das Konzept der Gesamtleistung Dreieck der Macht
Die Scheinleistung wird geometrisch als Wurzel aus der Summe der Quadrate der Wirk- bzw. Blindleistung berechnet. Er wird mit dem lateinischen Buchstaben S bezeichnet.
Sie können auch die Gesamtleistung berechnen, indem Sie die Spannung und den Strom multiplizieren.
S = U⋅I
WICHTIG! Die Gesamtleistung wird in Volt-Ampere gemessen (VA).
Das Leistungsdreieck ist eine praktische Darstellung aller zuvor beschriebenen Berechnungen und Beziehungen zwischen Wirk-, Blind- und Scheinleistung.
Die Katheten stehen für die Blind- und die Wirkkomponente, während die Hypotenuse die Gesamtleistung darstellt. Nach den Gesetzen der Geometrie ist der Kosinus des Winkels φ gleich dem Verhältnis von Wirk- und Gesamtkomponente, d. h. er ist der Leistungsfaktor.
Wie man die Wirk-, Blind- und Scheinkräfte ermittelt. Berechnungsbeispiel
Alle Berechnungen beruhen auf den zuvor genannten Formeln und dem Potenzdreieck. Schauen wir uns ein Problem an, das in der Praxis häufig auftritt.
Normalerweise sind die Geräte mit einer Wirkleistung und einem cosφ-Wert gekennzeichnet. Mit diesen Informationen ist es einfach, die reaktiven und die Gesamtkomponenten zu berechnen.
Dazu dividiert man die Wirkleistung durch den cosφ und erhält das Produkt aus Strom und Spannung. Dies wird die Scheinleistung sein.
Aus dem Leistungsdreieck lässt sich dann die Blindleistung ermitteln, die dem Quadrat der Differenz zwischen den Quadraten der Gesamt- und der Wirkleistung entspricht.
Wie cosφ in der Praxis gemessen wird
Der Wert des cos ϕ ist in der Regel auf den Etiketten der Geräte angegeben, aber wenn es notwendig ist, ihn in der Praxis zu messen, kann ein spezielles Gerät, ein ein Phasometer .. Auch ein digitales Wattmessgerät kann diese Aufgabe leicht erfüllen.
Wenn der resultierende cosφ niedrig genug ist, kann er praktisch kompensiert werden. Dies geschieht hauptsächlich durch den Einbau zusätzlicher Instrumente in den Stromkreis.
- Wenn es notwendig ist, die reaktive Komponente zu korrigieren, muss ein reaktives Element in den Stromkreis eingefügt werden, das in die entgegengesetzte Richtung wie das bereits funktionierende Gerät wirkt. Zur Kompensation des Asynchronmotors wird ein Kondensator parallel geschaltet, beispielsweise für eine induktive Last. Zur Kompensation eines Synchronmotors wird eine Magnetspule angeschlossen.
- Wenn es notwendig ist, Nichtlinearitätsprobleme zu korrigieren, wird ein passiver cosφ-Korrektor, z. B. eine hochinduktive Drossel in Reihe mit der Last, eingebaut.
Leistung - dies ist einer der wichtigsten Indikatoren für elektrische Geräte. Zu wissen, was sie ist und wie sie berechnet wird, ist nicht nur für Schüler und Technikspezialisten nützlich, sondern auch für uns alle.
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