Όλοι μας ερχόμαστε καθημερινά αντιμέτωποι με ηλεκτρικές συσκευές. Χωρίς αυτές, η ζωή μας μοιάζει να σταματά. Και κάθε συσκευή έχει ονομαστική ισχύ στο φύλλο δεδομένων της. Σήμερα θα μάθουμε τι είναι, τα είδη του και πώς να το υπολογίζουμε.
Περιεχόμενα
Ισχύς σε κύκλωμα AC
Οι ηλεκτρικές συσκευές που συνδέονται σε κυκλώματα δικτύου λειτουργούν με εναλλασσόμενο ρεύμα, οπότε υπό αυτές τις συνθήκες θα ασχοληθούμε με την ισχύ. Πρώτα, όμως, ας δώσουμε έναν γενικό ορισμό του όρου.
Ισχύς . - Ένα φυσικό μέγεθος που αντιπροσωπεύει το ρυθμό με τον οποίο μετατρέπεται ή μεταδίδεται η ηλεκτρική ενέργεια.
Με μια στενότερη έννοια, η ηλεκτρική ισχύς λέγεται ότι είναι ο λόγος του έργου που γίνεται σε μια χρονική περίοδο προς τη χρονική αυτή περίοδο.
Για να επαναδιατυπώσουμε αυτόν τον ορισμό με λιγότερο επιστημονικό τρόπο, η ισχύς είναι η ποσότητα ενέργειας που καταναλώνεται από έναν καταναλωτή σε μια δεδομένη χρονική περίοδο. Το απλούστερο παράδειγμα είναι ένας συνηθισμένος λαμπτήρας. Η ταχύτητα με την οποία ένας λαμπτήρας μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια που καταναλώνει σε θερμότητα και φως είναι η ισχύς του. Κατά συνέπεια, όσο υψηλότερη είναι η αρχική βαθμολογία του λαμπτήρα, τόσο περισσότερη ενέργεια θα καταναλώνει και τόσο περισσότερο φως θα εκπέμπει.
Δεδομένου ότι σε αυτή την περίπτωση δεν λαμβάνει χώρα μόνο η διαδικασία μετατροπής της ηλεκτρικής ενέργειας σε κάποια άλλη διαδικασία (φως, θερμότητα κ.λπ.), αλλά και η διαδικασία μετατροπής της ηλεκτρικής ενέργειας σε κάποια άλλη διαδικασία.φως, θερμότητα κ.λπ.), αλλά και τη διαδικασία ταλάντωσης του ηλεκτρικού και του μαγνητικού πεδίου, εμφανίζεται μια μετατόπιση φάσης μεταξύ ρεύματος και τάσης, η οποία πρέπει να ληφθεί υπόψη στους περαιτέρω υπολογισμούς.
Κατά τον υπολογισμό της ισχύος σε ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος, συνηθίζεται να γίνεται διάκριση μεταξύ ενεργού, άεργου και συνολικής συνιστώσας.
Η έννοια της ενεργού ισχύος
Η ενεργός "ωφέλιμη" ισχύς είναι το μέρος της ισχύος που χρησιμοποιείται για την άμεση μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε άλλες μορφές ενέργειας. Αναγνωρίζεται με το λατινικό γράμμα P και μετράται σε Watt (W).
Υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο: P = U⋅I⋅cosφ,
όπου U και I είναι η rms τιμή της τάσης και του ρεύματος αντίστοιχα, cos φ είναι το συνημίτονο της γωνίας φάσης μεταξύ τάσης και ρεύματος.
ΣΗΜΑΝΤΙΚΟ! Ο τύπος που περιγράφηκε προηγουμένως είναι κατάλληλος για τον υπολογισμό των 220VΩστόσο, τα μηχανήματα βαρέως τύπου χρησιμοποιούν συνήθως ένα κύκλωμα με 380V. Επομένως, είναι απαραίτητο να πολλαπλασιάσετε τον τύπο με τη ρίζα του τρία ή 1,73.
Η έννοια της άεργου ισχύος
Η αέργος "επιβλαβής" ισχύς είναι η ισχύς που παράγεται κατά τη λειτουργία συσκευών με επαγωγικά ή χωρητικά φορτία και η οποία αντανακλά τις ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις που εμφανίζονται. Με απλά λόγια, είναι η ενέργεια που μεταφέρεται από την παροχή ρεύματος στον καταναλωτή και στη συνέχεια διοχετεύεται πίσω στο δίκτυο.
Φυσικά δεν είναι κατάλληλο για χρήση στην περίπτωση αυτού του εξαρτήματος- επιπλέον, είναι πολύ επιζήμιο για το δίκτυο τροφοδοσίας, γι' αυτό και συνήθως προσπαθούν να το αντισταθμίσουν.
Η τιμή αυτή συμβολίζεται με το λατινικό γράμμα Q.
ΘΥΜΗΘΕΙΤΕ! Η άεργος ισχύς δεν μετράται σε συμβατικά βατ (Wαλλά σε βολτ-αμπέρ αντιδραστικό (ΠΟΛΕΜΟΣ).
Υπολογίζεται σύμφωνα με τον τύπο:
Q = U⋅I⋅sinφ,
όπου U και I είναι η RMS τιμή της τάσης και του ρεύματος αντίστοιχα, sinφ είναι το ημίτονο της γωνίας φάσης μεταξύ τάσης και ρεύματος.
ΣΗΜΑΝΤΙΚΟ! Κατά τον υπολογισμό αυτή η τιμή μπορεί να είναι είτε θετική είτε αρνητική, ανάλογα με την κίνηση της φάσης.
Χωρητικά και επαγωγικά φορτία
Η κύρια διαφορά μεταξύ των αντιδραστικών (χωρητική και επαγωγική) φορτία είναι στην πραγματικότητα χωρητικά και επαγωγικά φορτία που έχουν την ιδιότητα να αποθηκεύουν ενέργεια και στη συνέχεια να την επιστρέφουν στο δίκτυο.
Ένα επαγωγικό φορτίο μετατρέπει πρώτα την ενέργεια ενός ηλεκτρικού ρεύματος σε μαγνητικό πεδίο (για μισή μισή περίοδο) και στη συνέχεια μετατρέπει την ενέργεια του μαγνητικού πεδίου σε ηλεκτρικό ρεύμα και τη μεταδίδει στο δίκτυο. Παραδείγματα είναι οι ασύγχρονοι κινητήρες, οι ανορθωτές, οι μετασχηματιστές, οι ηλεκτρομαγνήτες.
ΣΗΜΑΝΤΙΚΟ! Με επαγωγικά φορτία, η καμπύλη ρεύματος υστερεί πάντα της καμπύλης τάσης κατά μισή περίοδο.
Ένα χωρητικό φορτίο μετατρέπει την ενέργεια ενός ηλεκτρικού ρεύματος σε ηλεκτρικό πεδίο και στη συνέχεια μετατρέπει την ενέργεια του προκύπτοντος πεδίου ξανά σε ηλεκτρικό ρεύμα. Και οι δύο διαδικασίες, και πάλι, λαμβάνουν χώρα σε μισή ημιπερίοδο η καθεμία. Παραδείγματα είναι οι πυκνωτές, οι μπαταρίες, οι σύγχρονοι κινητήρες.
ΣΗΜΑΝΤΙΚΟ! Κατά τη λειτουργία ενός χωρητικού φορτίου η καμπύλη ρεύματος προηγείται της καμπύλης τάσης κατά μισή ημιπερίοδο.
Συντελεστής ισχύος cosφ
Συντελεστής ισχύος cosφ (που διαβάζει συνημίτονο phiείναι ένα κλιμακωτό μέγεθος που δείχνει την απόδοση της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας. Με απλά λόγια, το cosφ δείχνει την παρουσία του άεργου μέρους και το μέγεθος του ενεργού μέρους που προκύπτει σε σχέση με τη συνολική ισχύ.
Ο συντελεστής cos ϕ βρίσκεται στο λόγο της ενεργού ηλεκτρικής ισχύος προς τη συνολική ηλεκτρική ισχύ.
ΠΡΟΣΟΧΗ! Για έναν ακριβέστερο υπολογισμό, πρέπει να λαμβάνονται υπόψη οι μη γραμμικές παραμορφώσεις της ημιτονοειδούς κυματομορφής, οι οποίες όμως αμελούνται στους συνήθεις υπολογισμούς.
Η τιμή αυτού του συντελεστή μπορεί να κυμαίνεται από 0 έως 1 (εάν ο υπολογισμός γίνεται ως ποσοστό, τότε από 0% έως 100%). Από τον τύπο γίνεται εύκολα αντιληπτό ότι όσο υψηλότερη είναι η τιμή, τόσο υψηλότερο είναι το ενεργό συστατικό και συνεπώς τόσο καλύτερη είναι η απόδοση.
Η έννοια της συνολικής ισχύος Τρίγωνο εξουσίας
Η φαινόμενη ισχύς υπολογίζεται γεωμετρικά ως η ρίζα του αθροίσματος των τετραγώνων της ενεργού και της άεργου ισχύος αντίστοιχα. Συμβολίζεται με το λατινικό γράμμα S.
Μπορείτε επίσης να υπολογίσετε τη συνολική ισχύ πολλαπλασιάζοντας την τάση και το ρεύμα, αντίστοιχα.
S = U⋅I
ΣΗΜΑΝΤΙΚΟ! Η συνολική ισχύς μετριέται σε βολτ-αμπέρ (VA).
Το τρίγωνο ισχύος είναι μια βολική αναπαράσταση όλων των υπολογισμών και των σχέσεων μεταξύ ενεργού, άεργου και φαινόμενης ισχύος που περιγράφηκαν προηγουμένως.
Οι καθετήρες αντιπροσωπεύουν την άεργο και την ενεργό συνιστώσα, ενώ η υποτείνουσα αντιπροσωπεύει τη συνολική ισχύ. Σύμφωνα με τους νόμους της γεωμετρίας, το συνημίτονο της γωνίας φ ισούται με τον λόγο των ενεργών και των συνολικών συνιστωσών, δηλαδή είναι ο συντελεστής ισχύος.
Πώς να βρείτε τις ενεργές, αντιδραστικές και φαινόμενες δυνάμεις. Παράδειγμα υπολογισμού
Όλοι οι υπολογισμοί βασίζονται στους προαναφερθέντες τύπους και στο τρίγωνο δύναμης. Ας δούμε ένα πρόβλημα που συναντάται συχνά στην πράξη.
Συνήθως, οι συσκευές φέρουν ετικέτα με ονομαστική ενεργό ισχύ και τιμή cosφ. Με αυτές τις πληροφορίες είναι εύκολο να υπολογιστούν οι αντιδραστικές και οι συνολικές συνιστώσες.
Για να το κάνετε αυτό, διαιρέστε την ενεργό ισχύ με το cosφ και λάβετε το γινόμενο του ρεύματος και της τάσης. Αυτή θα είναι η φαινόμενη ισχύς.
Στη συνέχεια, από το τρίγωνο ισχύος, βρείτε την άεργο ισχύ που ισούται με το τετράγωνο της διαφοράς μεταξύ των τετραγώνων της συνολικής και της ενεργού ισχύος.
Πώς μετράται το cosφ στην πράξη
Η τιμή του cos ϕ αναγράφεται συνήθως στις ετικέτες των συσκευών, αλλά αν είναι απαραίτητο να μετρηθεί στην πράξη, μια εξειδικευμένη συσκευή, ένα ένα φασόμετρο .. Ένα ψηφιακό βαττόμετρο θα κάνει επίσης εύκολα τη δουλειά του.
Εάν το cosφ που προκύπτει είναι αρκετά χαμηλό, μπορεί πρακτικά να αντισταθμιστεί. Αυτό επιτυγχάνεται κυρίως με τη συμπερίληψη πρόσθετων οργάνων στο κύκλωμα.
- Εάν είναι απαραίτητη η διόρθωση της αντιδραστικής συνιστώσας, πρέπει να προστεθεί στο κύκλωμα ένα αντιδραστικό στοιχείο το οποίο δρα προς την αντίθετη κατεύθυνση από τη συσκευή που ήδη λειτουργεί. Ένας πυκνωτής συνδέεται παράλληλα για την αντιστάθμιση του ασύγχρονου κινητήρα, για ένα παράδειγμα επαγωγικού φορτίου. Ένα σωληνοειδές είναι συνδεδεμένο για την αντιστάθμιση ενός σύγχρονου κινητήρα.
- Εάν είναι απαραίτητη η διόρθωση προβλημάτων μη γραμμικότητας, ενσωματώνεται ένας παθητικός διορθωτής cosφ, π.χ. ένα πηνίο υψηλής επαγωγής συνδεδεμένο σε σειρά με το φορτίο.
Ισχύς - αυτός είναι ένας από τους σημαντικότερους δείκτες των ηλεκτρικών συσκευών, οπότε το να γνωρίζουμε τι είναι και πώς υπολογίζεται, είναι χρήσιμο όχι μόνο για τους μαθητές και τους ανθρώπους που ειδικεύονται στην τεχνολογία, αλλά και για όλους μας.
Σχετικά άρθρα:
