We hebben allemaal dagelijks te maken met elektrische apparaten. Zonder hen lijkt ons leven te stoppen. En elk apparaat heeft een vermogen op zijn gegevensblad. Vandaag gaan we uitzoeken wat het is, welke soorten het zijn en hoe je het kunt berekenen.
Inhoud
Stroom in een wisselstroomcircuit
Elektrische apparaten die op het elektriciteitsnet zijn aangesloten, werken op wisselstroom, en het is dus onder deze omstandigheden dat wij ons met stroom zullen bezighouden. Laten we echter eerst een algemene definitie van de term geven.
Vermogen . - Een natuurkundige grootheid die de snelheid weergeeft waarmee elektrische energie wordt omgezet of overgedragen.
In engere zin wordt gezegd dat elektrisch vermogen de verhouding is tussen de arbeid die in een bepaalde tijd wordt verricht en die tijd.
Om deze definitie op een minder wetenschappelijke manier te formuleren: vermogen is de hoeveelheid energie die door een verbruiker in een bepaalde periode wordt verbruikt. Het eenvoudigste voorbeeld is een gewone gloeilamp. De snelheid waarmee een gloeilamp de door haar verbruikte elektriciteit omzet in warmte en licht, is haar wattage. Hoe hoger de beginwaarde van de lamp, hoe meer energie deze verbruikt en hoe meer licht deze afgeeft.
Aangezien in dit geval niet alleen het proces van omzetting van elektriciteit in een ander proces (licht, warmte, enz.) plaatsvindt.licht, warmte, enz.), maar ook het proces van oscillatie van het elektrische en magnetische veld, ontstaat een faseverschuiving tussen stroom en spanning, en hiermee moet bij verdere berekeningen rekening worden gehouden.
Bij de berekening van het vermogen in een wisselstroomcircuit is het gebruikelijk onderscheid te maken tussen actieve, reactieve en totale componenten.
Het begrip actief vermogen
Het actieve "nuttige" vermogen is dat deel van het vermogen dat wordt gebruikt om elektrische energie rechtstreeks om te zetten in andere vormen van energie. Het wordt aangeduid met de Latijnse letter P en gemeten in Watt (W).
Berekend met de formule: P = U⋅I⋅cosφ,
waarin U en I respectievelijk de rms-waarde van de spanning en de stroom zijn, cos φ de cosinus van de fasehoek tussen spanning en stroom is.
BELANGRIJK! De eerder beschreven formule is geschikt voor de berekening van 220VMachines voor zwaar gebruik gebruiken echter gewoonlijk een stroomkring met 380V. Het is dus nodig de formule te vermenigvuldigen met de wortel uit drie of 1,73.
Het begrip reactief vermogen
Reactief "schadelijk" vermogen is het vermogen dat wordt opgewekt tijdens de werking van apparaten met inductieve of capacitieve belastingen en dat de elektromagnetische oscillaties weergeeft die zich voordoen. Eenvoudig gezegd is het de energie die van de stroomvoorziening naar de verbruiker wordt overgebracht en vervolgens weer in het net wordt teruggevoerd.
Het is natuurlijk niet geschikt voor gebruik in deze toepassing en bovendien kan het op allerlei manieren schade toebrengen aan het stroomvoorzieningsnet, zodat men meestal probeert dit te compenseren.
Deze waarde wordt aangeduid met de Latijnse letter Q.
HERINNERING! Het reactief vermogen wordt niet gemeten in conventionele watt (Wmaar in volt-ampère reactief (WAR).
Het wordt berekend volgens de formule:
Q = U⋅I⋅sinφ,
waarbij U en I de RMS-waarde van respectievelijk spanning en stroom zijn, sinφ de sinus van de fasehoek tussen spanning en stroom is.
BELANGRIJK! Bij de berekening kan deze waarde zowel positief als negatief zijn, afhankelijk van de fasebeweging.
Capacitieve en inductieve belastingen
Het belangrijkste verschil tussen reactief (capacitief en inductief) belastingen zijn in feite capacitieve en inductieve belastingen die de eigenschap hebben energie op te slaan en deze vervolgens terug te voeden naar het lichtnet.
Een inductieve belasting zet eerst de energie van een elektrische stroom om in een magnetisch veld (voor een halve periode) en zet vervolgens de magnetische veldenergie om in elektrische stroom en geeft deze door aan het elektriciteitsnet. Voorbeelden zijn asynchrone motoren, gelijkrichters, transformatoren, elektromagneten.
BELANGRIJK! Bij inductieve belastingen loopt de stroomcurve altijd een halve periode achter op de spanningscurve.
Een capacitieve belasting zet de energie van een elektrische stroom om in een elektrisch veld en zet vervolgens de energie van het resulterende veld weer om in elektrische stroom. Beide processen vinden elk plaats gedurende een halve periode. Voorbeelden zijn condensatoren, batterijen, synchrone motoren.
BELANGRIJK! Tijdens de werking van een capacitieve belasting loopt de stroomcurve een halve periode voor op de spanningscurve.
Vermogensfactor cosφ
Vermogensfactor cosφ (die cosinus phi leestis een scalaire grootheid die de efficiëntie van het elektriciteitsverbruik aangeeft. Eenvoudig gezegd toont cosφ de aanwezigheid van het reactieve deel en de grootte van het resulterende actieve deel in verhouding tot het totale vermogen.
De cos ϕ-factor wordt gevonden in de verhouding van het actieve elektrische vermogen tot het totale elektrische vermogen.
LET OP! Voor een nauwkeuriger berekening moet rekening worden gehouden met niet-lineaire vervormingen van de sinusoïdale golfvorm, die bij normale berekeningen worden verwaarloosd.
De waarde van deze factor kan variëren van 0 tot 1 (indien de berekening wordt uitgevoerd als een percentage, dan van 0% tot 100%). Uit de formule blijkt gemakkelijk dat hoe hoger de waarde, hoe hoger het actieve bestanddeel en dus hoe beter de prestaties.
Volle kracht concept. Machtsdriehoek
Het schijnbaar vermogen wordt geometrisch berekend als de wortel uit de som van de kwadraten van respectievelijk het actief vermogen en het reactief vermogen. Het wordt aangeduid met de Latijnse letter S.
U kunt ook het totale vermogen berekenen door respectievelijk de spanning en de stroom te vermenigvuldigen.
S = U⋅I
BELANGRIJK! Het totale vermogen wordt gemeten in volt-ampère (VA).
De energiedriehoek is een handige weergave van alle eerder beschreven berekeningen en relaties tussen actief, reactief en schijnbaar vermogen.
De katheters stellen de reactieve en actieve componenten voor, terwijl de hypotenusa het totale vermogen voorstelt. Volgens de wetten van de geometrie is de cosinus van de hoek φ gelijk aan de verhouding van de actieve en de totale component, d.w.z. het is de vermogensfactor.
Hoe vind je de actieve, reactieve en schijnbare krachten. Berekeningsvoorbeeld
Alle berekeningen zijn gebaseerd op de eerder genoemde formules en de machtsdriehoek. Laten we eens kijken naar een probleem dat zich in de praktijk vaak voordoet.
Normaal gesproken wordt op het etiket van apparaten een actief vermogen en een cosφ-waarde vermeld. Met deze informatie is het gemakkelijk de reactieve en totale componenten te berekenen.
Daartoe deelt men het actief vermogen door de cosφ en verkrijgt men het product van stroom en spanning. Dit zal het schijnbare vermogen zijn.
Bereken vervolgens uit de vermogensdriehoek het blindvermogen dat gelijk is aan het kwadraat van het verschil tussen de kwadraten van het totale en het actieve vermogen.
Hoe cosφ in de praktijk wordt gemeten
De waarde van cos ϕ wordt gewoonlijk op de etiketten van apparaten vermeld, maar als het nodig is deze in de praktijk te meten, kan een gespecialiseerd apparaat, een een fasometer .. Een digitale wattmeter zal ook gemakkelijk de klus klaren.
Als de resulterende cosφ laag genoeg is, kan hij praktisch worden gecompenseerd. Dit gebeurt hoofdzakelijk door extra instrumenten in het circuit op te nemen.
- Indien het noodzakelijk is te corrigeren voor de reactieve component, moet een reactief element aan de stroomkring worden toegevoegd dat in de tegenovergestelde richting werkt van het reeds functionerende toestel. Een condensator wordt parallel geschakeld om de asynchrone motor te compenseren, voor een voorbeeld van inductieve belasting. Een solenoïde is aangesloten om een synchrone motor te compenseren.
- Indien het nodig is om niet-lineariteitsproblemen te corrigeren, wordt een passieve cosφ-corrector, b.v. een hooginductieve smoorspoel in serie met de belasting, ingebouwd.
Vermogen - dit is een van de belangrijkste indicatoren van elektrische apparaten, dus om te weten wat het is en hoe het wordt berekend, is niet alleen nuttig voor schoolkinderen en mensen die gespecialiseerd zijn in technologie, maar ook voor ieder van ons.
Verwante artikelen:
