AC napájení? definice, vzorec, druhy, symboly a jednotky měření, bilance výkonu v obvodu střídavého proudu, příklady výpočtů

Výkon je určen prací vykonanou za jednu sekundu (charakterizuje, jak rychle je práce hotová).

Elektrický výkon je spotřeba elektrické energie za sekundu.

Elektrický výkon je fyzikální veličina, která charakterizuje rychlost přenosu nebo přeměny elektrické energie.

Tok proudu v elektrickém obvodu je doprovázen spotřebou elektřiny ze zdrojů, míra spotřeby energie je charakterizována výkonem.

Práce elektrického proudu je přeměna jeho energie na nějakou jinou energii.

Výkon proudu se v mezinárodním systému W posuzuje podle jeho výkonu, označovaného písmenem P.

Okamžitý výkon je součin okamžitých hodnot napětí U a proudu I v části elektrického obvodu.

Ve většině případů mluvíme o nějakém průměrném výkonu, který se získá integrací (podobně jako při výpočtu plochy) okamžitého výkonu za období.

Nejčastěji mluvíme o energii spotřebované zařízením a u zdrojů energie je uveden jejich výstupní výkon – výkon, který mohou dodat spotřebiteli (zátěž).

Činný výkon je průměrná hodnota okamžitého výkonu za určité období.

Výkon obvodu, který má pouze činný odpor (zátěž), ​​se nazývá činný výkon.

Činný výkon charakterizuje rychlost nevratné přeměny elektrické energie na jiné druhy energie (tepelnou a elektromagnetickou – pouze tu, která se nevrátí do zdroje).

Činný výkon charakterizuje nevratnou (nenávratnou) spotřebu aktuální energie.

Nevratnou spotřebu energie (činný výkon) lze vynaložit jak na ztráty (ohřev vodičů a izolátorů), tak na přínosy: přeměna na jiný druh energie (provádění práce), záření z radiového vysílače, přenos do jiného okruhu atd.

S jednofázovým sinusovým proudem a napětím (proud, který můžeme získat doma z elektrické zásuvky):

P=U*I*cos φ, kde φ je fázový úhel mezi proudem a napětím, cos φ je účiník – ukazuje, jaký podíl z celkového výkonu tvoří činný výkon.

Jednotkou činného výkonu je W (watt); mezinárodní W.

Ve stejnosměrných obvodech se hodnoty okamžitého a průměrného výkonu za určité časové období shodují s konceptem jalového výkonu. V AC obvodech je to podobné, pokud je zátěž čistě aktivní (elektrický ohřívač, žehlička, žárovka). Při takové zátěži se napětí a fáze proudu shodují a téměř veškerý výkon se přenese na zátěž.

Fyzikální význam jalového výkonu je energie čerpaná ze zdroje do jalových prvků přijímače (tlumivky, kondenzátory, vinutí motoru) a poté vrácena těmito prvky zpět do zdroje během jedné periody oscilace, vztažené k této periodě. Charakterizuje reaktivní energii – energii, která není nenávratně spotřebována, ale je pouze dočasně uložena v magnetickém poli. Jalový výkon charakterizuje energii, která kmitá mezi zdrojem a jalovou (indukční a/nebo kapacitní) částí obvodu bez její přeměny.

Měří se v reaktivních voltampérech (var nebo mezinárodní: var).

Q=U*I*sin φ, kde φ je fázový úhel mezi proudem a napětím,

Pokud je zátěž indukční (transformátory, elektromotory, tlumivky, elektromagnety), proud se zpožďuje ve fázi s napětím, pokud je zátěž kapacitní (různá elektronická zařízení – kondenzátor jako zásobník energie ve spínaném zdroji), pak proud je ve fázi před napětím. Protože proud a napětí jsou mimo fázi (jalová zátěž), ​​je na zátěž (spotřebič) přenesena pouze část výkonu (celkový výkon), která by mohla být přenesena na zátěž, pokud by fázový posun byl nulový (odporová zátěž).

Část celkového výkonu, kterou bylo možné přenést na zátěž během periody střídavého proudu, se nazývá činný výkon. Rovná se součinu efektivních hodnot proudu a napětí a kosinu fázového úhlu mezi nimi (cos φ).

Výkon, který nebyl přenesen na zátěž, ale vedl ke ztrátám v důsledku ohřevu a záření, se nazývá jalový výkon. Rovná se součinu efektivních hodnot proudu a napětí a sinu fázového úhlu mezi nimi (sin φ).

Navzdory skutečnosti, že jalová energie je přenášena ze zdroje na jalovou zátěž a zpět (dvakrát za periodu, změna směru každou čtvrtinu periody), jalový proud způsobuje další energetické ztráty v aktivním odporu vodičů se ze zdroje odebírá, než se vrací (ztráty se nevrátí zpět do zdroje), proto by měl být generátor (transformátor, záložní zdroj atd.) odebírán o vyšším výkonu a vodiče většího průřezu.

V radiotechnice může být užitečný jalový výkon (například oscilační obvody).

Velké podniky generují velké jalové proudy, které negativně ovlivňují fungování energetického systému. Z tohoto důvodu se u nich bere v úvahu jak činná, tak jalová složka výkonu. Aby se snížila tvorba jalových proudů, podniky používají jednotky pro kompenzaci jalového výkonu.

Nečinný výkon (pasivní výkon, N) je výkon nelineárního zkreslení proudu, který se rovná druhé odmocnině rozdílu mezi druhou mocninou celkových a činných výkonů v obvodu střídavého proudu.

V obvodu se sinusovým napětím je neaktivní výkon roven druhé odmocnině součtu druhých mocnin jalového výkonu a mocnin vyšších harmonických proudu.

Při nepřítomnosti vyšších harmonických se neaktivní výkon rovná modulu jalového výkonu.

Výkon harmonické proudu je chápán jako součin efektivní hodnoty proudu dané harmonické s efektivní hodnotou napětí.

Přítomnost nelineárních proudových zkreslení v obvodu znamená narušení úměrnosti mezi okamžitými hodnotami napětí a proudu způsobené nelinearitou zátěže, například když je zátěž pulzní povahy.

Při nelineární zátěži roste zdánlivý (celkový) výkon v obvodu vlivem síly nelineárních proudových zkreslení, která se nepodílí na výkonu práce.

Síla nelineárních zkreslení není aktivní a zahrnuje jak jalový výkon, tak sílu jiných zkreslení proudu.

Nečinný výkon se skládá ze součástí (například zkreslení)

Tato fyzikální veličina má rozměr výkonu, takže jako měrnou jednotku neaktivního výkonu lze použít VA (voltampér) nebo VAR (voltampér jalový).

Zdánlivý výkon (S) se rovná napětí krát proud, měřený ve voltampérech (VA nebo mezinárodní VA).

Při lineární zátěži se celkový výkon rovná druhé odmocnině součtu druhých mocnin činného a jalového výkonu.

Při nelineární zátěži (například spínané zdroje bez korektoru účiníku) se celkový výkon rovná druhé odmocnině součtu druhých mocnin činného a neaktivního výkonu.

Praktickou měrnou jednotkou pro elektrickou energii je kilowatthodina (kWh), tzn. práce vykonávaná při konstantním výkonu (1 kW) po dobu 1 hodiny. Mimosystémová jednotka měření množství vyrobené nebo spotřebované energie a také vykonané práce. Používá se především pro měření spotřeby elektřiny v běžném životě a výrobě a pro měření výroby elektřiny v elektroenergetice.

Elektroměr v bytě počítá činný výkon.

Teoretické základy elektrotechniky. Bessonov L.A.

Elektrické a magnetické obvody. Zherebtsov I.P.

Základy moderní energetiky: učebnice pro vysoké školy: ve 2 svazcích / pod generální redakcí příslušného člena. RAS E. V. Ametistova

Elektrické napětí je definováno jako poměr práce vykonané polem pro přenos zkušebního náboje z jednoho daného bodu do druhého k velikosti potenciálu. Při dislokaci rezervy jednotky se vykoná práce, která se rovná napětí v požadované oblasti. Celkový výkon získáme vynásobením práce elektrického pole na jednotkový náboj počtem potenciálů za konkrétní jednotku času.

Ve střídavém elektrickém obvodu se rozlišují 3 typy napájení:

• aktivní P;
• reaktivní Q;
• plný typ S.

Ve střídavém elektrickém obvodu se vzorec pro výpočet stejnosměrného proudu používá pouze pro výpočet okamžitého výkonu. Tento ukazatel se v čase mění a pro všechny ostatní výpočty nemá téměř žádný praktický význam. Průměrný výkon vyžaduje časovou integraci. Okamžitý výkon je kombinován za určitou dobu pro výpočet velikosti ve vedení s periodickými změnami síly střídavého toku a sinusového napětí.

Pojem komplexních čísel se používá ke spojení všech tří typů moci. Tento koncept znamená, že ve střídavém obvodu je zátěž vyjádřena podobným číslem, takže aktivní varianta se jeví jako skutečná součást. Reaktivní indikátor je imaginární indikátor a celkový výkon je zobrazen ve formě modulu. Tyto výpočty berou v úvahu fázový úhel φ, který je argumentem pro výkonovou bilanci ve střídavém obvodu.

Čtěte také: Co je to automatizovaný řídicí systém, účel, vlastnosti a blokové schéma

Aktivní výkon

Aktivní převodní poměr je vyjádřen také vzájemným poměrem síly proudění, napětí k hodnotě aktivní složky odporu. V linii sinusového a nesinusového pohybu elektronů se aktivní zatížení rovná součtu podobných hodnot v jednotlivých úsecích.

K určení průměrné periodické velikosti se používá aktivní střídavý výkon, výpočetní vzorec P = U. já cos φ (kosinus), kde:

1. U – síla.
2. Já je síla proudění.
3. φ je úhel fázového posunu.

Průměrná okamžitá rychlost konverze v jednofázovém obvodu se bere jako efektivní hodnota proudu a napětí s určitým úhlem posunu. V nesinusových elektrických obvodech je výkon roven součtu odpovídajících indikátorů jednotlivých pohybů. Pomocí činného výkonu je charakterizována intenzita nevratné modifikace elektřiny na jiné typy, například elektromagnetickou nebo tepelnou.

Procházející výkon se používá jako činný výkon v konceptu dlouhých dálnic k analýze elektromagnetických proudů, jejichž délka se porovnává s rozměrem vlny. Požadovaná hodnota se vypočítá jako rozdíl mezi klesajícím a odraženým mocninou. Výsledné ukazatele záporného nebo kladného zatížení aktivního typu závisí na vlastnostech součinitele úhlového posunutí.

Reaktivní charakteristika

Pro označení se používá přídavná jednotka voltampér reaktivní (var). Ruské analogy používají var a mezinárodní odborníci používají var. V Ruské federaci je jednotka povolena pro elektrické výpočty ve formě nesystémové hodnoty.

Zjištění se provádí pomocí vzorce P = U. já sin φ (sinus), kde:

1. U – efektivní výkon.
2. I je střední kvadratická průtoková síla.
3. φ – úhel fázového posunu, sinusové hodnoty jsou určeny z tabulek.

Když je indikátor v rozsahu od 0 do 90º (proud zaostává za napětím a zátěž je aktivní-indukční), sinus φ bude mít kladnou hodnotu. Při úhlovém posunu od 0 do -90º (tok elektronů je před zátěží, výkon má aktivně-kapacitní vlastnost) konstanta vždy ukazuje záporné znaménko. Jalový výkon charakterizuje napětí, které vzniká v elektromechanických zařízeních a obvodech, když se vlny energetického pole mění v linii střídavého sinusového proudění.

Ve fyzikálním smyslu, reaktivní zátěž ukazuje energii, která je čerpána ze zdroje proudu do kondenzátorů, induktorů, vinutí motoru a následně se vrací do zdroje v jedné oscilační periodě. Jalový výkon se nepodílí na provozu elektrického proudu. V případě kladné charakteristiky zařízení spotřebovává a zátěž se záporným znaménkem indikuje produkci energie.

Tato okolnost je uvažována v podmíněném kontextu, protože téměř všechna zařízení spotřebovávající energii, například asynchronní motory, stejně jako užitečné zatížení dodávané přes transformátor, jsou aktivního indukčního typu. Synchronní motory v elektrárnách současně vyrábějí a spotřebovávají energii v závislosti na maximální hodnotě budícího proudu ve vinutí rotoru. Tato funkce se používá ke koordinaci úrovně zatížení v páteřní síti v elektrotechnice.

Pomocí moderních měničů se provádí kompenzace jalového zatížení, aby nedocházelo k přetížení a aby se zvýšil účiník elektrických instalací. Přístroje přesněji odhadují množství energie, která proudí v opačném směru od induktoru ke zdroji střídavého proudu.

Plně naložen

Indikátor se používá ve fyzice k popisu spotřeby energie, která je aplikována na napájecí jednotky elektrické sítě pomocí rezistorů. Jsou shrnuty parametry EMF rozváděčů, kabelů, vodičů, silových vedení a transformátorů.

Celkové zatížení lze vypočítat pomocí vzorce S = U. já, kde:

1. S je parametr plného zatížení (V/a).
2. U je návrhové zatížení v generátoru.
3. I je komplexní ukazatel síly proudu v kombinaci s hodnotou vinutí.

Parametr převodního poměru závisí na vlastnostech aplikovaného proudu, nikoli na vlastnostech skutečně použité zátěže. Z tohoto důvodu se celkový výkon elektrických rozvodných panelů a transformátorových jednotek měří ve voltampérech a nevztahuje se na něj hodnota wattů.

Práce v různých podmínkách

Modul komplexního indikátoru intenzity pohybu je roven indikátoru plné zátěže. Reálná složka se rovná aktivní síle a imaginární složka je považována za reaktivní typ. Existuje kladné nebo záporné znaménko, které závisí na intenzitě zatížení obvodu. Komplexní výkon musí odpovídat souvisejícímu elektrickému odporu. Kladné zatížení je charakterizováno poměrem P > 0 a v případě P < 0 se objeví znaménko mínus.

Měření výkonových charakteristik střídavého toku elektronů se provádí průchodem proudu stejné hodnoty fázovými vodiči. Indikátory síly proudění nabitých částic pomocí nulového vodiče mají nevýznamný rozměr. Rovnoměrné nebo symetrické fázové zatížení v třífázové síti závisí na velikosti protékajících proudů. Nerovnoměrné nebo asymetrické zatížení závisí na průtoku neutrálním nebo neutrálním kabelem. Celková úroveň výkonu se zjistí sečtením.

Čtěte také: Nejlepší způsoby připojení LED pásku v autě

Pokud existuje fázový posun mezi napětím a proudem, pak se shoduje s úhlem posunutí mezi vektorovými poloměry indikátorů elektrického proudu. Za podmínek střídavého napětí je shoda vektorových poloměrů proudu a napětí pozorována pouze v nepřítomnosti kondenzátorů a indukčních cívek v obvodu. Instalace induktorů neruší shodu fázových hodnot. V tomto případě dochází k vektorové rotaci stejné intenzity. Graf vnitřního úhlového posunutí zůstává konstantní.

Pokud dojde k posunu napětí a střídavého proudu v hlavním vedení, pak indikátory výkonu jsou reprezentovány hodnotou se záporným znaménkem, protože kalkulačka násobí kladné a záporné hodnoty. Doba trvání period závisí na úrovni fázového posunu. V tomto případě doba trvání negativních zatížení určuje smykové charakteristiky. Při výpočtech se používají indikátory odporu, které jsou známé z Ohmova fyzikálního zákona.

Vlastnosti

Obvodem prochází střídavý proud a mění svůj směr s velikostí. Vytváří magnetické pole. Proto se často nazývá periodický sinusový střídavý elektrický proud. Podle zákona křivky se její hodnota po určité době mění. Proto se tomu říká sinusový. Má své parametry. Důležité je indikovat periodu frekvencí, amplitudou a okamžitou hodnotou.

Perioda je doba, během které se elektrický proud mění a poté se znovu opakuje. Frekvence je perioda za sekundu. Měřeno v hertzech, kilohertzech a milihertzech.

Amplituda je maximální hodnota proudu s účinností napětí a průtoku po celou dobu. Okamžitá hodnota je střídavý proud nebo napětí, které se vyskytuje během určitého času.

Mohlo by vás zajímat: Vlastnosti chemických zdrojů

Konverzní koeficient

Účiník je mírou spotřeby proudu v přítomnosti jalové složky a deformující zátěže. Význam koeficientu se liší od konceptu kosinusu posunutého úhlu. Druhý koncept je charakterizován posunem protékajícího střídavého proudu, napětí a používá se pouze se sinusovým proudem a silou stejné hodnoty.

Koeficient se rovná poměru spotřebované zátěže k její celkové hodnotě. V tomto případě se práce provádí kvůli aktivnímu typu transformace. Při sinusovém proudu a napětí je celkové zatížení součtem jalové a aktivní formy. Aktivní zatížení se rovná průměrnému součinu proudu a napětí a nemůže být vyšší než součin podobných efektivních rozměrů. Koeficient výkonu se zobrazuje v rozsahu od 0 do 1 nebo se nastavuje v procentech od 0 do 100.

V matematickém výpočtu je číselný faktor interpretován jako kosinus úhlu mezi vektory proudu a směrem aplikace napětí. Proto u sinusových charakteristik se rozměr koeficientu může shodovat s kosinusem úhlu. Pokud se použije pouze sinusové napětí a použije se nesinusový proud se zátěží bez jalové složky, pak se numerický adaptér rovná části zátěže při prvním zkreslení proudu spotřebiče.

Je-li v zátěži přítomen jalový prvek, pak je kromě výkonového koeficientu indikován charakter provozu (kapacitně-aktivní nebo indukčně-aktivní). Koeficient je v těchto případech jiný a jedná se o zpožděnou nebo vedoucí hodnotu.

Vliv frekvence proudu na elektrické spotřebiče

Dále uvažujeme vliv frekvence elektrického proudu. Zvýšení frekvence na relativně nízké hodnoty (1 – 10 tisíc Hz) je obvykle důsledkem pouze zvýšení jmenovitého výkonu elektrického zařízení, protože to zvyšuje vodivost plynových mezer. Měřiče frekvence se používají k měření frekvence v systému.

Parní turbína je navržena a vyrobena tak, aby při jmenovité rychlosti otáčení (frekvenci) poskytovala maximální výkon na hřídeli. Snížení jmenovité frekvence je v tomto případě důsledkem vzniku ztrát v důsledku dopadu páry na lopatky při současném zvýšení točivého momentu a zvýšení frekvence vede ke snížení točivého momentu.

Tím je dosaženo nejhospodárnějšího provozního režimu při optimální frekvenci.

Navíc provoz na nižších frekvencích vede k urychlenému opotřebení lopatek rotoru a dalších částí a mechanismů. Snížení frekvence ovlivňuje vlastní spotřebu stanice.

Výkon je to, co charakterizuje rychlost přenosu s přeměnou elektřiny. Jaké jsou výkonové normy v AC síti a typy, co je činný a jalový výkon? Více o tom a více níže.

Čtěte také: Jak opravit mikrovlnný dotykový panel sami?

Praktická aplikace a oprava

Pokud je do zásuvky se sinusovým napětím 50 Hz a 230 V připojena zátěž s proudem vedoucím nebo zaostávajícím za napětím o nějakou úhlovou hodnotu, bude na aktivní vnitřní cívce generován zvýšený výkon. To znamená, že při provozu za takových podmínek vzniká velké množství tepla a elektrárna ho odebírá ve zvýšeném množství oproti použití odporové zátěže.

Koeficienty účinnosti a výkonu se navzájem liší. Indikátor napájení neovlivňuje spotřebu přijímače připojeného k síti, ale mění energetické ztráty v podvodních drátech a místech, kde se energie vyrábí nebo přeměňuje. V domě elektroměr nereaguje na projev výkonu, jelikož se platí pouze energie, která napájí spotřebiče.

Účinnost ovlivňuje spotřebovanou aktivní zátěž. Například energeticky úsporná žárovka spotřebuje jedenapůlkrát více elektřiny než podobná žárovka. To ukazuje na vysokou účinnost první lampy. Ale indikátor zatížení může být nízký a vysoký v obou variantách.

Korekce spočívá v uvedení spotřeby zařízení s nízkým koeficientem výkonu na standardní hodnoty při napájení ze střídavého napájecího obvodu. Technicky je toho dosaženo použitím efektivního obvodu na vstupním zařízení, který pomáhá rovnoměrně využívat fázový výkon a eliminuje přetížení nulového vodiče. Současně jsou redukovány rázy ve spotřebitelském proudu na vrcholu sinusoidy napájecího napětí.

Jalová zátěž se nastavuje, když je do hlavního vedení zařazen reverzně působící prvek. Například u střídavého motoru je kondenzátor umístěn paralelně k napájecímu vedení, aby kompenzoval působení. Aktivní nebo pasivní korekční systém se používá, když se použitý proud mění během oscilační periody napájecího napětí pro převod koeficientu. Jednoduchým příkladem je sériové zapojení tlumivky. V tomto případě koncová zařízení spotřebovávají proud neúměrně harmonickému zkreslení. Cívka vyhlazuje vlnové impulsy.

Přístroje pro měření veličin

Vnitřní odpor – vzorec

Jednotlivé parametry lze měřit pomocí specializovaných přístrojů. Ampérmetry jsou připojeny na otevřený obvod. Voltmetry – na výstupní svorky zátěže.

Schéma zapojení ampérmetru

Vysoké proudy se měří nepřímo pomocí kalibrovaného odporu (shunt). Používají se i specializované kleště, které po připojení tvoří uzavřený obvod tlumivky. Metody výpočtu diskutované výše v sítích AC se používají s přihlédnutím k jalovým parametrům připojeného zařízení.