Cu toții ne confruntăm în fiecare zi cu aparate electrice. Fără ele, viața noastră pare să se oprească. Și fiecare aparat are o putere nominală pe fișa tehnică. Astăzi vom afla ce este, ce fel de putere este și cum să o calculăm.
Cuprins
Putere într-un circuit de curent alternativ
Aparatele electrice conectate la circuitele de rețea funcționează cu curent alternativ, deci în aceste condiții vom avea de-a face cu energia electrică. Mai întâi, însă, să dăm o definiție generală a termenului.
Putere . - O mărime fizică ce reprezintă rata la care energia electrică este convertită sau transmisă.
Într-un sens mai restrâns, se spune că puterea electrică este raportul dintre lucrul efectuat într-o perioadă de timp și acea perioadă de timp.
Pentru a reformula această definiție într-un mod mai puțin științific, puterea este cantitatea de energie consumată de un consumator într-o anumită perioadă de timp. Cel mai simplu exemplu este un bec obișnuit. Viteza cu care un bec transformă energia electrică pe care o consumă în căldură și lumină reprezintă puterea acestuia. În consecință, cu cât este mai mare valoarea nominală inițială a becului, cu atât va consuma mai multă energie și va emite mai multă lumină.
Deoarece în acest caz nu are loc doar procesul de transformare a energiei electrice într-un alt proces (lumină, căldură etc.), ci și procesul de transformare a energiei electrice într-un alt proces.lumină, căldură etc.), dar și procesul de oscilație a câmpului electric și magnetic, apare un defazaj între curent și tensiune, de care trebuie să se țină cont în calculele ulterioare.
La calcularea puterii într-un circuit de curent alternativ, se face de obicei distincția între componentele activă, reactivă și totală.
Conceptul de putere activă
Puterea activă "utilă" este acea parte a puterii care este utilizată pentru a transforma direct energia electrică în alte forme de energie. Se identifică prin litera latină P și se măsoară în Watt (W).
Calculat cu ajutorul formulei: P = U⋅I⋅cosφ,
unde U și I sunt valoarea efectivă a tensiunii și, respectiv, a curentului din circuit, cos φ este cosinusul unghiului de fază dintre tensiune și curent.
IMPORTANT! Formula descrisă anterior este adecvată pentru calcularea 220VCu toate acestea, mașinile grele folosesc în mod normal un circuit de 380V. Prin urmare, este necesar să se înmulțească formula cu rădăcina a trei sau 1,73.
Conceptul de putere reactivă
Puterea reactivă "dăunătoare" este puterea generată în timpul funcționării aparatelor cu sarcini inductive sau capacitive și care reflectă oscilațiile electromagnetice care se produc. În termeni simpli, este vorba de energia care este transferată de la sursa de alimentare la consumator și care este apoi reintrodusă în rețea.
În mod natural, nu este potrivit pentru utilizare în cazul acestei componente; în plus, este foarte dăunătoare pentru rețeaua de alimentare, motiv pentru care, de obicei, încearcă să o compenseze.
Această valoare este desemnată prin litera latină Q.
AMINTEȘTE-ȚI! Puterea reactivă nu se măsoară în wați convenționali (Wdar în volt-amperiu reactiv (RĂZBOI).
Acesta se calculează conform formulei:
Q = U⋅I⋅sinφ,
unde U și I sunt valorile RMS ale tensiunii și, respectiv, ale curentului, sinφ este sinusul unghiului de fază dintre tensiune și curent.
IMPORTANT! În calcul, această valoare poate fi pozitivă sau negativă, în funcție de mișcarea de fază.
Sarcini capacitive și inductive
Principala diferență între reactiv (capacitiv și inductiv) sunt, de fapt, sarcini capacitive și inductive care au proprietatea de a stoca energie și apoi de a o reintroduce în rețea.
O sarcină inductivă transformă mai întâi energia unui curent electric într-un câmp magnetic (pentru o jumătate de perioadă) și apoi transformă energia câmpului magnetic în curent electric și o transmite la rețea. Exemple sunt motoarele asincrone, redresoarele, transformatoarele, electromagneții.
IMPORTANT! În cazul sarcinilor inductive, curba de curent este întotdeauna în urma curbei de tensiune cu o jumătate de jumătate de perioadă.
O sarcină capacitivă transformă energia unui curent electric într-un câmp electric și apoi transformă energia câmpului rezultat înapoi în curent electric. Ambele procese se desfășoară, din nou, pe parcursul a câte o jumătate de jumătate de perioadă. Exemple: condensatori, baterii, motoare sincrone.
IMPORTANT! În timpul funcționării unei sarcini capacitive, curba de curent este înaintea curbei de tensiune cu o jumătate de semiperioadă.
Factor de putere cosφ
Factor de putere cosφ (care citește cosinus phieste o mărime fizică scalară care indică eficiența consumului de energie electrică. În termeni simpli, cosφ arată prezența părții reactive și mărimea părții active rezultate în raport cu puterea totală.
Factorul cos ϕ se regăsește în raportul dintre puterea electrică activă și puterea electrică totală.
VĂ RUGĂM SĂ REȚINEȚI! Pentru un calcul mai precis, trebuie luate în considerare distorsiunile neliniare ale formei de undă sinusoidale, dar acestea sunt neglijate în calculele normale.
Valoarea acestui factor poate varia de la 0 la 1 (în cazul în care calculul este efectuat ca procent, atunci de la 0% la 100%.). Este ușor de observat din formulă că, cu cât valoarea este mai mare, cu atât este mai mare componenta activă și, prin urmare, cu atât este mai bună performanța.
Conceptul de putere totală Triunghiul de putere
Puterea aparentă este calculată geometric ca rădăcină a sumei pătratelor puterilor activă și, respectiv, reactivă. Se desemnează prin litera latină S.
De asemenea, puteți calcula puterea totală prin înmulțirea tensiunii și, respectiv, a curentului.
S = U⋅I
IMPORTANT! Puterea totală se măsoară în volt-amperi (VA).
Triunghiul de putere este o reprezentare convenabilă a tuturor calculelor descrise anterior și a relațiilor dintre puterea activă, reactivă și aparentă.
Catetele reprezintă componentele reactivă și activă, în timp ce ipotenuza reprezintă puterea totală. În conformitate cu legile geometriei, cosinusul unghiului φ este egal cu raportul dintre componentele activă și totală, adică este factorul de putere.
Cum se găsesc puterile active, reactive și aparente. Exemplu de calcul
Toate calculele se bazează pe formulele menționate anterior și pe triunghiul de putere. Să analizăm o problemă care se întâlnește frecvent în practică.
În mod normal, aparatele sunt etichetate cu o putere nominală activă și o valoare cosφ. Cu aceste informații, este ușor de calculat componentele reactivă și totală.
Pentru a face acest lucru, împărțiți puterea activă la cosφ și obțineți produsul dintre curent și tensiune. Aceasta va fi puterea aparentă.
Apoi, din triunghiul de putere, găsiți puterea reactivă egală cu pătratul diferenței dintre pătratele puterilor totală și activă.
Cum se măsoară cosφ în practică
Valoarea lui cos ϕ este de obicei indicată pe etichetele aparatelor, dar dacă este necesar să o măsurăm în practică, este necesar un aparat specializat, un un fazometru .. De asemenea, un wattmetru digital va face cu ușurință această treabă.
În cazul în care cosφ rezultat este suficient de mic, acesta poate fi practic compensat. Acest lucru se realizează în principal prin includerea unor instrumente suplimentare în circuit.
- Dacă este necesar să se corecteze componenta reactivă, trebuie să se adauge în circuit un element reactiv care să acționeze în direcția opusă față de dispozitivul care funcționează deja. Un condensator este conectat în paralel pentru a compensa motorul asincron, pentru o sarcină inductivă de exemplu. Un solenoid este conectat pentru a compensa un motor sincron.
- În cazul în care este necesară corectarea problemelor de neliniaritate, se încorporează un corector pasiv de cosφ, de exemplu, o bobină de inductanță mare conectată în serie cu sarcina.
Puterea - acesta este unul dintre cei mai importanți indicatori ai aparatelor electrice, deci pentru a ști ce este și cum se calculează, este util nu numai pentru elevi și persoane specializate în tehnologie, ci și pentru noi toți.
Articole conexe:
