Z urządzeniami elektrycznymi stykamy się na co dzień. Bez nich nasze życie jakby się zatrzymało. Każde urządzenie ma podaną moc znamionową w karcie katalogowej. Dziś dowiemy się, co to jest, jakie są rodzaje mocy i jak ją obliczać.
Spis treści
Zasilanie w obwodzie prądu przemiennego
Urządzenia elektryczne podłączone do sieci zasilającej działają na prąd zmienny, więc to właśnie w takich warunkach będziemy mieli do czynienia z zasilaniem. Najpierw jednak podajmy ogólną definicję tego terminu.
Moc . - Wielkość fizyczna reprezentująca szybkość, z jaką energia elektryczna jest przekształcana lub przesyłana.
W węższym znaczeniu moc elektryczną określa się jako stosunek pracy wykonanej w danym okresie czasu do tego okresu czasu.
Mówiąc w mniej naukowy sposób, moc to ilość energii zużywanej przez odbiorcę w danym okresie czasu. Najprostszym przykładem jest zwykła żarówka. Szybkość, z jaką żarówka przetwarza pobieraną przez siebie energię elektryczną na ciepło i światło, to jej moc. Im wyższa wartość początkowa żarówki, tym więcej energii będzie ona zużywać i tym więcej światła będzie emitować.
Ponieważ w tym przypadku zachodzi nie tylko proces przekształcania energii elektrycznej w inny proces (światło, ciepło itp.).światło, ciepło itp.), ale także proces oscylacji pola elektrycznego i magnetycznego, pojawia się przesunięcie fazowe między prądem i napięciem, co należy uwzględnić w dalszych obliczeniach.
Przy obliczaniu mocy w obwodzie prądu przemiennego zwykle rozróżnia się składową czynną, bierną i całkowitą.
Pojęcie mocy czynnej
Moc czynna "użyteczna" to ta część mocy, która jest wykorzystywana do bezpośredniego przetwarzania energii elektrycznej na inne formy energii. Oznaczany jest łacińską literą P i mierzony w Watt (W).
Oblicza się według wzoru: P = U⋅I⋅cosφ,
gdzie U i I to odpowiednio wartość skuteczna napięcia i prądu, cos φ to cosinus kąta fazowego między napięciem i prądem.
WAŻNE! Opisany powyżej wzór nadaje się do obliczania 220VJednak maszyny o dużym obciążeniu zwykle korzystają z obwodu o napięciu 380 V. Należy zatem pomnożyć wzór przez pierwiastek z trzech, czyli 1,73.
Pojęcie mocy biernej
Moc bierna "szkodliwa" to moc, która jest wytwarzana podczas pracy urządzeń z obciążeniem indukcyjnym lub pojemnościowym i która odzwierciedla występujące oscylacje elektromagnetyczne. Mówiąc prościej, jest to energia, która jest przekazywana z sieci energetycznej do odbiorcy, a następnie wprowadzana z powrotem do sieci.
W przypadku tego komponentu jest to oczywiście nieodpowiednie rozwiązanie; ponadto jest to bardzo szkodliwe dla sieci zasilającej, dlatego zwykle próbuje się to kompensować.
Wartość ta jest oznaczana łacińską literą Q.
PAMIĘTAJ! Moc bierna nie jest mierzona w konwencjonalnych watach (Wale w wolto-amperach biernych (WAR).
Jest on obliczany według wzoru:
Q = U⋅I⋅sinφ,
gdzie U i I to odpowiednio wartość skuteczna napięcia i prądu, sinφ to sinus kąta fazowego między napięciem i prądem.
WAŻNE! W obliczeniach wartość ta może być dodatnia lub ujemna, zależnie od ruchu fazowego.
Obciążenia pojemnościowe i indukcyjne
Główna różnica między reaktywnymi (pojemnościowe i indukcyjne) są w rzeczywistości obciążeniami pojemnościowymi i indukcyjnymi, które mają właściwość magazynowania energii, a następnie oddawania jej z powrotem do sieci zasilającej.
Obciążenie indukcyjne najpierw przekształca energię prądu elektrycznego w pole magnetyczne (przez pół okresu), a następnie przekształca energię pola magnetycznego w prąd elektryczny i przesyła ją do sieci zasilającej. Przykładem są silniki asynchroniczne, prostowniki, transformatory, elektromagnesy.
WAŻNE! W przypadku obciążeń indukcyjnych krzywa prądu jest zawsze opóźniona w stosunku do krzywej napięcia o pół okresu.
Obciążenie pojemnościowe przekształca energię prądu elektrycznego w pole elektryczne, a następnie przekształca energię powstałego pola z powrotem w prąd elektryczny. Oba te procesy trwają po pół okresu. Przykładem mogą być kondensatory, baterie, silniki synchroniczne.
WAŻNE! Podczas pracy z obciążeniem pojemnościowym krzywa prądu wyprzedza krzywą napięcia o pół okresu.
Współczynnik mocy cosφ
Współczynnik mocy cosφ (w którym odczytuje się cosinus phijest wielkością skalarną, która określa efektywność zużycia energii elektrycznej. Mówiąc prościej, cosφ pokazuje obecność części biernej i wielkość wynikającej z niej części czynnej w stosunku do mocy całkowitej.
Współczynnik cos ϕ określa stosunek mocy elektrycznej czynnej do całkowitej mocy elektrycznej.
UWAGA! W celu uzyskania dokładniejszych obliczeń należy uwzględnić nieliniowe zniekształcenia przebiegu sinusoidalnego, które są pomijane w zwykłych obliczeniach.
Wartość tego współczynnika może wynosić od 0 do 1 (jeśli obliczenia są wykonywane w procentach, to od 0% do 100%). Ze wzoru łatwo zauważyć, że im wyższa wartość, tym większa zawartość składnika aktywnego, a zatem tym lepsze działanie.
Pojęcie mocy całkowitej Trójkąt władzy
Moc pozorną oblicza się geometrycznie jako pierwiastek z sumy kwadratów odpowiednio mocy czynnej i biernej. Oznacza się ją łacińską literą S.
Można również obliczyć moc całkowitą, mnożąc odpowiednio napięcie i natężenie prądu.
S = U⋅I
WAŻNE! Całkowita moc jest mierzona w woltoamperach (VA).
Trójkąt mocy jest wygodnym sposobem przedstawienia wszystkich opisanych wcześniej obliczeń i zależności między mocą czynną, bierną i pozorną.
Katetusy reprezentują składową bierną i czynną, a hipotensja - moc całkowitą. Zgodnie z prawami geometrii, cosinus kąta φ jest równy stosunkowi składowej czynnej i całkowitej, czyli jest to współczynnik mocy.
Jak znaleźć moce czynne, reaktywne i pozorne. Przykład obliczeń
Wszystkie obliczenia są oparte na wcześniej wymienionych wzorach i trójkącie potęgowym. Przyjrzyjmy się problemowi, który jest często spotykany w praktyce.
Zazwyczaj urządzenia są oznakowane symbolem mocy czynnej i wartością cosφ. Mając te informacje, można łatwo obliczyć składową reaktywną i całkowitą.
Aby to zrobić, należy podzielić moc czynną przez cosφ i otrzymać iloczyn prądu i napięcia. Będzie to moc pozorna.
Następnie na podstawie trójkąta mocy należy znaleźć moc bierną równą kwadratowi różnicy kwadratów mocy całkowitej i czynnej.
Jak w praktyce mierzy się cosφ
Wartość cos ϕ jest zwykle podawana na etykietach urządzeń, ale jeśli konieczne jest jej zmierzenie w praktyce, należy użyć specjalistycznej aparatury, np. fazometr .. Watomierz cyfrowy również z łatwością wykona to zadanie.
Jeśli uzyskany cosφ jest wystarczająco mały, można go praktycznie skompensować. Odbywa się to głównie przez włączenie do obwodu dodatkowych przyrządów.
- Jeśli konieczne jest skorygowanie składowej reaktywnej, do obwodu należy dodać element reaktywny, który działa w kierunku przeciwnym do działającego już urządzenia. Kondensator jest podłączony równolegle, aby skompensować obciążenie silnika asynchronicznego, na przykład obciążenie indukcyjne. Cewka elektromagnetyczna jest podłączona do kompensatora silnika synchronicznego.
- Jeśli konieczne jest skorygowanie problemów związanych z nieliniowością, stosuje się pasywny korektor cosφ, np. dławik o dużej indukcyjności połączony szeregowo z obciążeniem.
Moc - jest to jeden z najważniejszych wskaźników urządzeń elektrycznych, dlatego wiedza o tym, co to jest i jak się ją oblicza, jest przydatna nie tylko uczniom i osobom specjalizującym się w technice, ale także nam wszystkim.
Powiązane artykuły:
