Vsi se vsakodnevno soočamo z električnimi napravami, zdi se, da se brez njih naše življenje ustavi. In vsak od njih ima moč v tehničnem priročniku. Danes bomo razumeli, kaj je to, se naučili vrste in metode izračuna.
Vsebina
Moč v izmeničnem tokokrogu
Električni aparati, priključeni na električne tokokroge, delujejo v krogu izmeničnega toka, zato si bomo moč ogledali pod temi pogoji. Najprej pa dajmo splošno definicijo pojma.
Moč - Fizikalna količina, ki predstavlja hitrost pretvorbe ali prenosa električne energije.
V ožjem smislu je električna moč razmerje med opravljenim delom v določenem časovnem obdobju in tem časovnim obdobjem.
Če to definicijo parafraziramo manj znanstveno, rečemo, da je moč določena količina energije, ki jo porabi porabnik v določenem časovnem obdobju. Najenostavnejši primer je navadna žarnica z žarilno nitko. Hitrost, s katero žarnica pretvori električno energijo, ki jo porabi, v toploto in svetlobo, je njena moč. V skladu s tem višja kot je začetna stopnja žarnice, več energije bo porabila in več svetlobe bo oddala.
Ker v tem primeru ne gre samo za proces pretvorbe električne energije v nek drug proces (svetloba, toplota itd.).svetloba, toplota itd.), temveč tudi proces nihanja električnega in magnetnega polja, pride do faznega zamika med tokom in napetostjo, kar je treba upoštevati pri nadaljnjih izračunih.
Pri izračunu moči v tokokrogu izmeničnega toka je običajno razlikovati med aktivnimi, reaktivnimi in skupnimi komponentami.
Koncept delovne moči
Delovna (koristna) moč je tisti del moči, ki se porabi za neposredno pretvorbo električne energije v druge oblike energije. Označena je z latinsko črko P in merjena v Watt (Watt).
Izračunano po formuli: P = U⋅I⋅cosφ,
kjer sta U in I efektivna vrednost napetosti oziroma toka, cos φ je kosinus faznega kota med napetostjo in tokom.
POMEMBNO! Prej opisana formula je primerna za izračun vezij z vezja pri 220VVendar pa težki stroji običajno uporabljajo 380-voltno vezje. Če je temu tako, to pomnožite s korenom tri ali 1,73.
Koncept reaktivne moči
Jalova "škodljiva" moč je moč, ki nastane med delovanjem električnih naprav z induktivnimi ali kapacitivnimi obremenitvami in odraža elektromagnetna nihanja, ki nastanejo. Preprosto povedano, to je energija, ki se prenese od napajalnika do porabnika in nato vrne v omrežje.
Te komponente seveda ni mogoče uporabiti v ohišju, poleg tega pa na več načinov škoduje napajalnemu omrežju, zato se običajno poskuša to nadomestiti.
Ta vrednost je označena z latinsko črko Q.
ZAPOMNITE SE! Jalova moč se ne meri v običajnih vatih (Wattvendar v volt-amperski reaktivni (VOJNA).
Izračunano po formuli:
Q = U⋅I⋅sinφ,
kjer sta U in I RMS napetosti oziroma tokovi, sinφ je sinus faznega kota med napetostjo in tokom.
POMEMBNO! Ta vrednost je lahko v izračunu pozitivna ali negativna, odvisno od faznega gibanja.
Kapacitivne in induktivne obremenitve
Glavna razlika med reaktivnimi (kapacitivni in induktivni) bremena so sama po sebi kapacitivna in induktivna bremena, ki shranjujejo energijo in jo vračajo nazaj v omrežje.
Induktivno breme najprej pretvori energijo električnega toka v magnetno polje (med polovico polčasa), nato pa pretvori energijo magnetnega polja v električni tok in ga prenese v električno omrežje. Primeri so asinhroni motorji, usmerniki, transformatorji, elektromagneti.
POMEMBNO! Pri induktivnih obremenitvah krivulja toka vedno zaostaja za krivuljo napetosti za polovico polperiode.
Kapacitivno breme pretvori energijo električnega toka v električno polje in nato energijo nastalega polja pretvori nazaj v električni tok. Oba procesa spet tečeta vsak pol polčasa. Primeri so kondenzatorji, baterije, sinhroni motorji.
POMEMBNO! Med kapacitivno obremenitvijo je krivulja toka pred krivuljo napetosti za polovico polperiode.
Faktor moči cosφ
Faktor moči cosφ (ki se glasi kosinus fije skalarna fizikalna količina, ki odraža učinkovitost porabe električne energije. Preprosto povedano, koeficient cosφ kaže prisotnost reaktivnega dela in velikost nastalega aktivnega dela glede na vso moč.
Faktor cosφ se izračuna iz razmerja med delovno električno močjo in skupno električno močjo.
OPOMBA! Pri natančnejšem izračunu je treba upoštevati nelinearna popačenja sinusoide, ki pa jih pri normalnih izračunih zanemarimo.
Vrednost tega faktorja se lahko spreminja od 0 do 1 (če se izračun izvede v odstotkih, potem od 0% do 100%).Iz formule za izračun ni težko razumeti, da večja kot je njegova vrednost, večja je aktivna komponenta in s tem boljše delovanje naprave.
Koncept popolne moči. Trikotnik moči
Skupna moč je geometrično izračunana količina, ki je enaka korenu vsote kvadratov delovne oziroma jalove moči. Označena je z latinsko črko S.
Skupno moč lahko izračunate tudi tako, da pomnožite napetost in tok.
S = U⋅I
POMEMBNO! Skupna moč se meri v volt-amperih (VA).
Trikotnik moči je priročen prikaz vseh prej opisanih izračunov in razmerij med delovno, jalovo in skupno močjo.
Katete predstavljajo reaktivno in aktivno komponento, hipotenuza pa skupno moč. V skladu z zakoni geometrije je kosinus kota φ enak razmerju aktivne in celotne komponente, to je faktor moči.
Kako najti aktivno, reaktivno in skupno moč. Primer izračuna
Vsi izračuni temeljijo na prej omenjenih formulah in trikotniku moči. Poglejmo težavo, ki je v praksi najpogostejša.
Običajno so električni aparati označeni z delovno močjo in vrednostjo cos ϕ. S temi podatki je enostavno izračunati reaktivne in skupne komponente.
Če želite to narediti, delovno moč delite s cosφ in dobite produkt toka in napetosti. To bo skupna moč.
Nato iz trikotnika moči poiščemo jalovo moč, ki je enaka kvadratu razlike med kvadratoma skupne in delovne moči.
Kako se cosφ meri v praksi
Vrednost cos ϕ je običajno navedena na nalepkah električnih aparatov, če pa jo je potrebno izmeriti v praksi, je potrebna posebna naprava oz. fazometer. Tudi digitalni vatmeter se zlahka spopade s to nalogo.
Če je nastali cosφ dovolj nizek, ga je mogoče praktično kompenzirati. To se naredi predvsem z vključitvijo dodatnih naprav v vezje.
- Če je treba popraviti reaktivno komponento, je treba v vezje vključiti reaktivni element, ki deluje v nasprotni smeri od že delujoče naprave. Za kompenzacijo delovanja indukcijskega motorja, na primer induktivne obremenitve, je kondenzator priključen vzporedno. Za kompenzacijo sinhronskega motorja je priključen elektromagnet.
- Če je treba odpraviti težave z nelinearnostjo, se v tokokrog uvede pasivni korektor cosφ, na primer dušilka z visoko induktivnostjo, zaporedno povezana z obremenitvijo.
Moč - to je eden najpomembnejših kazalcev električnih naprav, zato vedeti, kaj je in kako se izračuna, je koristno ne le za šolarje in ljudi, ki so specializirani za tehnologijo, ampak tudi za vse nas.
Povezani članki:
