Me kaikki kohtaamme sähkölaitteita päivittäin, ja ilman niitä elämämme tuntuu pysähtyvän. Jokaisen laitteen tietolehdessä on teholuokitus. Tänään selvitämme, mikä se on, millainen se on ja miten se lasketaan.
Sisältö
Teho vaihtovirtapiirissä
Verkkovirtaan kytketyt sähkölaitteet toimivat vaihtovirralla, joten käsittelemme sähköä juuri näissä olosuhteissa. Ensin on kuitenkin annettava termin yleinen määritelmä.
Teho . - Fysikaalinen suure, joka kuvaa sähköenergian muuntumis- tai siirtonopeutta.
Suppeammassa merkityksessä sähkötehon sanotaan olevan tietyn ajanjakson aikana tehdyn työn suhde kyseiseen ajanjaksoon.
Määritelmän muotoilemiseksi vähemmän tieteellisesti: teho on kuluttajan tietyssä ajassa kuluttama energiamäärä. Yksinkertaisin esimerkki on tavallinen hehkulamppu. Teho on se nopeus, jolla hehkulamppu muuntaa kuluttamansa sähkön lämmöksi ja valoksi. Mitä korkeampi lampun alkuperäinen luokitus on, sitä enemmän se kuluttaa energiaa ja sitä enemmän se antaa valoa.
Koska tässä tapauksessa ei tapahdu ainoastaan prosessi, jossa sähkö muunnetaan joksikin muuksi prosessiksi (valoksi, lämmöksi jne.), vaan kyseessä on myös prosessi, jossa sähkö muunnetaan joksikin muuksi prosessiksi.valo, lämpö jne.), mutta myös sähkö- ja magneettikentän värähtelyprosessin vuoksi virran ja jännitteen välillä ilmenee vaihesiirtymä, joka on otettava huomioon myöhemmissä laskelmissa.
Vaihtovirtapiirin tehoa laskettaessa on tavallista erottaa toisistaan aktiivi-, reaktiivi- ja kokonaiskomponentit.
Aktiivitehon käsite
Aktiivinen "hyödyllinen" teho on se osa tehosta, jota käytetään suoraan sähköenergian muuntamiseen muiksi energiamuodoiksi. Se on merkitty latinankielisellä P-kirjaimella ja mitattu yksikössä Watt (W).
Lasketaan kaavalla: P = U⋅I⋅cosφ,
jossa U ja I ovat jännitteen ja virran neliöarvo, cos φ on jännitteen ja virran välisen vaihekulman kosini.
TÄRKEÄÄ! Edellä kuvattu kaava soveltuu seuraavien laskemiseen 220VRaskaat koneet käyttävät kuitenkin yleensä 380 voltin virtapiiriä. Kaava on siis kerrottava kolmen juurella eli 1,73:lla.
Reaktiivisen tehon käsite
"Haitallinen" reaktiivinen teho on teho, joka syntyy induktiivisia tai kapasitiivisia kuormia käyttävien laitteiden käytön aikana ja joka heijastaa sähkömagneettisia värähtelyjä. Yksinkertaisesti sanottuna se on energiaa, joka siirretään virtalähteestä kuluttajalle ja syötetään sitten takaisin verkkoon.
Se ei luonnollisestikaan sovellu käytettäväksi tämän komponentin tapauksessa; lisäksi se on erittäin haitallinen virtalähdeverkolle, minkä vuoksi se yleensä yritetään kompensoida.
Tätä arvoa merkitään latinankielisellä kirjaimella Q.
MUISTA! Reaktiivista tehoa ei mitata tavanomaisina watteina (Wmutta voltti-ampeeri reaktiivisena (WAR).
Se lasketaan kaavalla:
Q = U⋅I⋅sinφ,
jossa U ja I ovat jännitteen ja virran RMS-arvo, sinφ on jännitteen ja virran välisen vaihekulman sini.
TÄRKEÄÄ! Laskennassa tämä arvo voi olla joko positiivinen tai negatiivinen vaiheliikkeestä riippuen.
Kapasitiiviset ja induktiiviset kuormat
Tärkein ero reaktiivisten (kapasitiivinen ja induktiivinen) kuormat ovat itse asiassa kapasitiivisia ja induktiivisia kuormia, joilla on ominaisuus varastoida energiaa ja syöttää se sitten takaisin verkkoon.
Induktiivinen kuorma muuntaa ensin sähkövirran energian magneettikentäksi (puolen vuoden ajan) ja muuntaa sitten magneettikentän energian sähkövirraksi ja siirtää sen sähköverkkoon. Esimerkkejä ovat asynkronimoottorit, tasasuuntaajat, muuntajat ja sähkömagneetit.
TÄRKEÄÄ! Induktiivisilla kuormilla virtakäyrä on aina puoli jaksoa jäljessä jännitekäyrästä.
Kapasitiivinen kuorma muuntaa sähkövirran energian sähkökentäksi ja muuntaa sitten syntyvän kentän energian takaisin sähkövirraksi. Molemmat prosessit kestävät taasen puolikkaan puolikkaan jakson ajan. Esimerkkejä ovat kondensaattorit, akut ja synkronimoottorit.
TÄRKEÄÄ! Kapasitiivisen kuorman käytön aikana virtakäyrä on jännitekäyrän edellä puolen puolijakson verran.
Tehokerroin cosφ
Tehokerroin cosφ (joka lukee kosini phion skalaarinen fysikaalinen suure, joka ilmaisee sähköenergian kulutuksen tehokkuutta. Yksinkertaisesti sanottuna cosφ osoittaa reaktiivisen osan läsnäolon ja siitä aiheutuvan aktiivisen osan suuruuden suhteessa kokonaistehoon.
Cos ϕ -kerroin löytyy aktiivisen sähkötehon ja kokonaissähkötehon suhteesta.
HUOM! Tarkemman laskennan varmistamiseksi sinimuotoisen aaltomuodon epälineaariset vääristymät on otettava huomioon, mutta tavanomaisissa laskelmissa niitä ei oteta huomioon.
Tämän kertoimen arvo voi vaihdella välillä 0-1 (jos laskelma suoritetaan prosentteina, niin 0-100 %.). Kaavasta on helppo nähdä, että mitä suurempi arvo on, sitä suurempi on aktiivinen komponentti ja sitä parempi on suorituskyky.
Kokonaistehon käsite Tehokolmio
Näennäisteho lasketaan geometrisesti teho- ja loistehojen neliöiden summien juurena. Sitä merkitään latinankielisellä kirjaimella S.
Voit myös laskea kokonaistehon kertomalla jännitteen ja virran.
S = U⋅I
TÄRKEÄÄ! Kokonaisteho mitataan volttiampeereina (VA).
Tehokolmio on kätevä esitys kaikista aiemmin kuvatuista laskelmista ja suhteista aktiivi-, reaktiivi- ja näennäistehon välillä.
Katetrit edustavat reaktiivista ja aktiivista komponenttia, kun taas hypotenuusa edustaa kokonaistehoa. Geometrian lakien mukaan kulman φ kosinus on yhtä suuri kuin aktiivisen ja kokonaiskomponentin suhde, eli se on tehokerroin.
Kuinka löytää aktiivinen, reaktiivinen ja näennäinen teho. Laskentaesimerkki
Kaikki laskelmat perustuvat aiemmin mainittuihin kaavoihin ja potenssikolmioon. Tarkastellaan erästä ongelmaa, johon törmää usein käytännössä.
Tavallisesti laitteissa on merkintä aktiivitehon nimellisarvosta ja cosφ-arvosta. Näiden tietojen avulla on helppo laskea reaktiiviset ja kokonaiskomponentit.
Tätä varten aktiiviteho jaetaan cosφ:llä ja saadaan virran ja jännitteen tulo. Tämä on näennäisteho.
Etsi sitten tehokolmiosta reaktiivinen teho, joka on yhtä suuri kuin kokonais- ja aktiivitehojen neliöiden erotuksen neliö.
Miten cosφ mitataan käytännössä
cos ϕ:n arvo ilmoitetaan yleensä laitteiden merkinnöissä, mutta jos se on tarpeen mitata käytännössä, tarvitaan erikoislaitteisto, a phasometri .. Digitaalinen wattimittari tekee myös helposti tehtävänsä.
Jos tuloksena oleva cosφ on riittävän pieni, se voidaan käytännössä kompensoida. Tämä tapahtuu pääasiassa sisällyttämällä piiriin lisäinstrumentteja.
- Jos reaktiivinen komponentti on korjattava, virtapiiriin on lisättävä reaktiivinen elementti, joka toimii vastakkaiseen suuntaan kuin jo toimiva laite. Kondensaattori kytketään rinnakkain kompensoimaan asynkronimoottorin induktiivista kuormaa. Solenoidi on kytketty kompensoimaan synkronimoottoria.
- Jos epälineaarisuusongelmia on tarpeen korjata, käytetään passiivista cosφ-korjainta, esimerkiksi kuorman kanssa sarjaan kytkettyä suuren induktanssin kuristinta.
Teho - tämä on yksi sähkölaitteiden tärkeimmistä indikaattoreista, joten on hyödyllistä tietää, mikä se on ja miten se lasketaan, ei vain koululaisille ja tekniikkaan erikoistuneille ihmisille, vaan myös meille kaikille.
Aiheeseen liittyvät artikkelit:
