Tutti noi abbiamo a che fare ogni giorno con elettrodomestici, senza i quali la nostra vita sembra fermarsi. E ogni apparecchio ha una potenza nominale sulla sua scheda tecnica. Oggi scopriremo cos'è, i suoi tipi e come calcolarlo.
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Potenza in un circuito AC
Gli apparecchi elettrici inseriti nei circuiti di rete funzionano in corrente alternata, quindi è in queste condizioni che avremo a che fare con la corrente. Prima, però, diamo una definizione generale del termine.
Potenza . - Una quantità fisica che rappresenta la velocità con cui l'energia elettrica viene convertita o trasmessa.
In un senso più stretto, si dice che la potenza elettrica è il rapporto tra il lavoro fatto in un periodo di tempo e quel periodo di tempo.
Per riformulare questa definizione in modo meno scientifico, la potenza è la quantità di energia consumata da un consumatore in un determinato periodo di tempo. L'esempio più semplice è una normale lampadina. La velocità con cui una lampadina converte l'elettricità che consuma in calore e luce è la sua potenza. Di conseguenza, più alto è il valore iniziale della lampadina, più energia consumerà e più luce emetterà.
Dato che in questo caso non solo avviene il processo di conversione dell'elettricità in qualche altro processo (luce, calore, ecc.).luce, calore, ecc.), ma anche il processo di oscillazione del campo elettrico e magnetico, appare uno spostamento di fase tra corrente e tensione, e questo deve essere preso in considerazione in ulteriori calcoli.
Quando si calcola la potenza in un circuito di corrente alternata, si è soliti distinguere tra componenti attive, reattive e totali.
Il concetto di potenza attiva
La potenza attiva "utile" è quella parte della potenza che viene utilizzata per convertire direttamente l'energia elettrica in altre forme di energia. È identificato dalla lettera latina P e misurato in Watt (W).
Calcolato con la formula: P = U⋅I⋅cosφ,
dove U e I sono il valore efficace della tensione e della corrente del circuito, rispettivamente, cos φ è il coseno dell'angolo di fase tra la tensione e la corrente.
IMPORTANTE! La formula descritta sopra è adatta per il calcolo di 220VTuttavia, le macchine pesanti usano normalmente un circuito con 380V. È quindi necessario moltiplicare la formula per la radice di tre o 1,73.
Il concetto di potenza reattiva
La potenza reattiva "nociva" è la potenza che si genera durante il funzionamento di apparecchi con carichi induttivi o capacitivi e che riflette le oscillazioni elettromagnetiche che si verificano. In termini semplici, è l'energia che viene trasferita dalla rete elettrica al consumatore e poi reimmessa nella rete.
Naturalmente non è adatto per l'uso in questa applicazione e, inoltre, può danneggiare la rete di alimentazione in molti modi, quindi di solito cercano di compensarlo.
Questo valore è denotato dalla lettera latina Q.
RICORDA! La potenza reattiva non è misurata in watt convenzionali (Wma in volt-ampere reattivo (GUERRA).
Si calcola secondo la formula:
Q = U⋅I⋅sinφ,
dove U e I sono il valore RMS di tensione e corrente rispettivamente, sinφ è il seno dell'angolo di fase tra tensione e corrente.
IMPORTANTE! Nel calcolo questo valore può essere positivo o negativo, a seconda del movimento di fase.
Carichi capacitivi e induttivi
La principale differenza tra i reattivi (capacitivo e induttivo) sono in realtà carichi capacitivi e induttivi che hanno la proprietà di immagazzinare energia e poi restituirla alla rete.
Un carico induttivo converte prima l'energia di una corrente elettrica in un campo magnetico (per mezzo periodo) e poi converte l'energia del campo magnetico in corrente elettrica e la trasmette alla rete. Esempi sono motori asincroni, raddrizzatori, trasformatori, elettromagneti.
IMPORTANTE! Con i carichi induttivi, la curva di corrente è sempre in ritardo sulla curva di tensione di mezzo periodo.
Un carico capacitivo converte l'energia di una corrente elettrica in un campo elettrico e poi riconverte l'energia del campo risultante in corrente elettrica. Entrambi i processi, ancora una volta, si svolgono nell'arco di mezzo semiperiodo ciascuno. Esempi sono i condensatori, le batterie, i motori sincroni.
IMPORTANTE! Durante il funzionamento di un carico capacitivo, la curva di corrente è più avanti della curva di tensione di mezzo mezzo periodo.
Fattore di potenza cosφ
Fattore di potenza cosφ (che legge il coseno phiè una quantità scalare che indica l'efficienza del consumo di energia elettrica. In termini semplici, cosφ mostra la presenza della parte reattiva e la grandezza della parte attiva risultante in relazione alla potenza totale.
Il fattore cos ϕ si trova attraverso il rapporto tra la potenza elettrica attiva e la potenza elettrica totale.
SI PREGA DI NOTARE! Per un calcolo più accurato, bisogna tenere conto delle distorsioni non lineari della forma d'onda sinusoidale, che sono trascurate nei calcoli normali.
Il valore di questo fattore può variare da 0 a 1 (se il calcolo viene effettuato in percentuale, allora da 0% a 100%). È facile vedere dalla formula che più alto è il valore, più alto è il componente attivo e quindi migliore è il rendimento.
Il concetto di potenza totale Triangolo del potere
La potenza apparente è calcolata geometricamente come la radice della somma dei quadrati delle potenze attiva e reattiva rispettivamente. È indicato con la lettera latina S.
Puoi anche calcolare la potenza totale moltiplicando rispettivamente la tensione e la corrente.
S = U⋅I
IMPORTANTE! La potenza totale è misurata in volt-ampere (VA).
Il triangolo della potenza è una comoda rappresentazione di tutti i calcoli precedentemente descritti e delle relazioni tra potenza attiva, reattiva e apparente.
I cateti rappresentano i componenti reattivi e attivi, mentre l'ipotenusa rappresenta la potenza totale. Secondo le leggi della geometria, il coseno dell'angolo φ è uguale al rapporto delle componenti attive e totali, cioè è il fattore di potenza.
Come trovare le potenze attive, reattive e apparenti. Esempio di calcolo
Tutti i calcoli sono basati sulle formule precedentemente menzionate e sul triangolo della potenza. Vediamo un problema che si incontra spesso nella pratica.
Normalmente, gli apparecchi sono etichettati con una potenza attiva e un valore di cosφ. Con queste informazioni è facile calcolare le componenti reattive e totali.
Per fare questo, dividere la potenza attiva per il cosφ e ottenere il prodotto di corrente e tensione. Questa sarà la potenza apparente.
Poi, dal triangolo della potenza, trova la potenza reattiva uguale al quadrato della differenza tra i quadrati delle potenze totale e attiva.
Come si misura il cosφ nella pratica
Il valore di cos ϕ è di solito indicato sulle etichette degli apparecchi, ma se è necessario misurarlo in pratica, un apparecchio specializzato, un un fasometro .. Anche un wattmetro digitale farà facilmente il lavoro.
Se il cosφ risultante è abbastanza basso, può essere praticamente compensato. Questo viene fatto principalmente includendo strumenti aggiuntivi nel circuito.
- Se è necessario correggere la componente reattiva, bisogna aggiungere al circuito un elemento reattivo che agisca in direzione opposta al dispositivo già funzionante. Un condensatore è collegato in parallelo per compensare il motore asincrono, per un esempio di carico induttivo. Un solenoide è collegato per compensare un motore sincrono.
- Se è necessario correggere i problemi di non linearità, viene incorporato un correttore cosφ passivo, ad esempio un'induttanza elevata collegata in serie con il carico.
Potenza - questo è uno degli indicatori più importanti degli apparecchi elettrici, quindi sapere cos'è e come si calcola, è utile non solo per gli scolari e le persone specializzate in tecnologia, ma anche tutti noi.
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