Každý deň sa stretávame s elektrickými spotrebičmi. Bez nich sa náš život akoby zastavil. A každý spotrebič má na svojom technickom liste uvedený príkon. Dnes sa dozvieme, čo to je, aké sú to druhy energie a ako ju vypočítať.
Obsah
Napájanie v obvode striedavého prúdu
Elektrické spotrebiče zapojené do sieťových obvodov pracujú na striedavý prúd, takže za týchto podmienok sa budeme zaoberať napájaním. Najprv však uveďme všeobecnú definíciu tohto pojmu.
Napájanie . - Fyzikálna veličina vyjadrujúca rýchlosť, akou sa premieňa alebo prenáša elektrická energia.
V užšom zmysle sa hovorí, že elektrický výkon je pomer práce vykonanej za určitý čas k tomuto času.
Ak túto definíciu zopakujeme menej vedeckým spôsobom, výkon je množstvo energie spotrebovanej spotrebiteľom za určitý čas. Najjednoduchším príkladom je obyčajná žiarovka. Rýchlosť, akou žiarovka premieňa spotrebovanú elektrinu na teplo a svetlo, je jej príkon. Čím vyššia je počiatočná hodnota žiarovky, tým viac energie spotrebuje a tým viac svetla vydá.
Pretože v tomto prípade sa uskutočňuje nielen proces premeny elektrickej energie na iný proces (svetlo, teplo atď.).svetlo, teplo atď.), ale aj procesom kmitania elektrického a magnetického poľa sa objavuje fázový posun medzi prúdom a napätím, čo je potrebné zohľadniť pri ďalších výpočtoch.
Pri výpočte výkonu v obvode striedavého prúdu sa zvyčajne rozlišujú činné, jalové a celkové zložky.
Koncept činného výkonu
Aktívny "užitočný" výkon je tá časť výkonu, ktorá sa používa na priamu premenu elektrickej energie na iné formy energie. Označuje sa latinským písmenom P a meria sa v Watt (W).
Vypočíta sa podľa vzorca: P = U⋅I⋅cosφ,
kde U a I sú efektívne hodnoty napätia a prúdu v obvode, cos φ je kosínus fázového uhla medzi napätím a prúdom.
DÔLEŽITÉ! Predtým opísaný vzorec je vhodný na výpočet 220VStroje pre vysoké zaťaženie však zvyčajne používajú obvod s napätím 380 V. Preto je potrebné vzorec vynásobiť odmocninou z troch alebo 1,73.
Koncept jalového výkonu
Jalový "škodlivý" výkon je výkon, ktorý vzniká počas prevádzky spotrebičov s indukčnou alebo kapacitnou záťažou a ktorý odráža elektromagnetické oscilácie, ku ktorým dochádza. Zjednodušene povedané, je to energia, ktorá sa prenáša zo zdroja napájania do spotrebiča a potom sa vracia späť do siete.
Prirodzene, nie je vhodný na použitie v tejto aplikácii a navyše môže v mnohých ohľadoch poškodiť napájaciu sieť, preto sa ho zvyčajne snažia kompenzovať.
Táto hodnota sa označuje latinským písmenom Q.
PAMÄTAJTE! Jalový výkon sa nemeria v konvenčných wattoch (Wale vo voltampéroch reaktívnych (WAR).
Vypočíta sa podľa vzorca:
Q = U⋅I⋅sinφ,
kde U a I sú efektívna hodnota napätia a prúdu, sinφ je sínus fázového uhla medzi napätím a prúdom.
DÔLEŽITÉ! Pri výpočte môže byť táto hodnota kladná alebo záporná v závislosti od fázového pohybu.
Kapacitné a indukčné zaťaženie
Hlavný rozdiel medzi reaktívnymi (kapacitné a indukčné) sú vlastne kapacitné a indukčné záťaže, ktoré majú vlastnosť akumulovať energiu a potom ju dodávať späť do siete.
Indukčná záťaž najprv premieňa energiu elektrického prúdu na magnetické pole (na polovicu obdobia) a potom premieňa energiu magnetického poľa na elektrický prúd a prenáša ju do siete. Príkladom sú asynchrónne motory, usmerňovače, transformátory, elektromagnety.
DÔLEŽITÉ! Pri indukčných záťažiach sa krivka prúdu vždy oneskoruje za krivkou napätia o pol periódy.
Kapacitná záťaž premieňa energiu elektrického prúdu na elektrické pole a potom premieňa energiu výsledného poľa späť na elektrický prúd. Obidva procesy prebiehajú vždy v priebehu polovice polčasu. Príkladom sú kondenzátory, batérie, synchrónne motory.
DÔLEŽITÉ! Počas prevádzky kapacitnej záťaže predbieha krivka prúdu krivku napätia o polovicu polperiódy.
Účinník cosφ
Účinník cosφ (ktorý sa číta ako kosínus phije skalárna veličina, ktorá udáva účinnosť spotreby elektrickej energie. Zjednodušene povedané, cosφ vyjadruje prítomnosť jalovej časti a veľkosť výslednej činnej časti vo vzťahu k celkovému výkonu.
Koeficient cos ϕ sa zisťuje prostredníctvom pomeru činného elektrického výkonu k celkovému elektrickému výkonu.
UPOZORNENIE! Na presnejší výpočet je potrebné zohľadniť nelineárne skreslenia sínusového priebehu, ktoré sa pri bežných výpočtoch zanedbávajú.
Hodnota tohto faktora sa môže pohybovať od 0 do 1 (ak sa výpočet vykonáva v percentách, potom od 0 % do 100 %.). Zo vzorca je zrejmé, že čím vyššia je hodnota, tým vyššia je aktívna zložka, a teda tým lepší je výkon.
Koncept celkového výkonu Silový trojuholník
Zdanlivý výkon sa geometricky vypočíta ako odmocnina zo súčtu štvorcov činného a jalového výkonu. Označuje sa latinským písmenom S.
Celkový výkon môžete vypočítať aj vynásobením napätia a prúdu.
S = U⋅I
DÔLEŽITÉ! Celkový výkon sa meria vo voltampéroch (VA).
Výkonový trojuholník je vhodným znázornením všetkých predtým opísaných výpočtov a vzťahov medzi činným, jalovým a zdanlivým výkonom.
Kategórie predstavujú jalovú a činnú zložku, zatiaľ čo hypotenza predstavuje celkový výkon. Podľa zákonov geometrie sa kosínus uhla φ rovná pomeru činnej a celkovej zložky, t. j. je to účinník.
Ako zistiť aktívne, reaktívne a zdanlivé sily. Príklad výpočtu
Všetky výpočty vychádzajú z už uvedených vzorcov a mocninového trojuholníka. Pozrime sa na problém, s ktorým sa často stretávame v praxi.
Spotrebiče sú zvyčajne označené menovitým činným výkonom a hodnotou cosφ. Na základe týchto informácií je možné ľahko vypočítať reaktívne a celkové zložky.
Na tento účel vydeľte činný výkon koeficientom cosφ a získajte súčin prúdu a napätia. To bude zjavná sila.
Potom z výkonového trojuholníka nájdite jalový výkon, ktorý sa rovná štvorcu rozdielu medzi štvorcami celkového a činného výkonu.
Ako sa cosφ meria v praxi
Hodnota cos ϕ sa zvyčajne uvádza na štítkoch spotrebičov, ale ak je potrebné ju zmerať v praxi, je potrebné použiť špecializovaný prístroj, tzv. fázomer .. Digitálny wattmeter tiež ľahko vykoná svoju prácu.
Ak je výsledné cosφ dostatočne nízke, možno ho prakticky kompenzovať. To sa dosahuje najmä zapojením ďalších prístrojov do obvodu.
- Ak je potrebné korigovať jalovú zložku, musí sa do obvodu pridať jalový prvok, ktorý pôsobí v opačnom smere ako už fungujúce zariadenie. Na kompenzáciu asynchrónneho motora je paralelne zapojený kondenzátor, ktorý je príkladom indukčnej záťaže. Na kompenzáciu synchrónneho motora je pripojený solenoid.
- Ak je potrebné korigovať problémy s nelinearitou, použije sa pasívny korektor cosφ, napr. vysokoindukčná tlmivka zapojená do série so záťažou.
Výkon - je to jeden z najdôležitejších ukazovateľov elektrických spotrebičov, takže vedieť, čo to je a ako sa počíta, je užitočné nielen pre školákov a ľudí špecializujúcich sa na techniku, ale aj pre nás všetkých.
Súvisiace články:
