S elektrospotrebičmi sa každý deň stretávame, zdá sa, že náš život sa bez nich zastaví. A každý z nich v technických pokynoch označuje výkon. Dnes zistíme, čo to je, naučíme sa typy a metódy výpočtu.
Obsah
Napájanie v obvode striedavého prúdu
Elektrické spotrebiče pripojené k elektrickej sieti pracujú v obvode striedavého prúdu, preto budeme uvažovať výkon v týchto podmienkach. Najprv však dajme všeobecnú definíciu pojmu.
Moc - fyzikálna veličina, ktorá odráža rýchlosť premeny alebo prenosu elektrickej energie.
V užšom zmysle sa hovorí, že elektrický výkon je pomer práce vykonanej za určité časové obdobie k tomuto časovému úseku.
Aby sme parafrázovali túto definíciu menej vedecky, ukazuje sa, že výkon je určité množstvo energie, ktoré spotrebuje spotrebiteľ za určité časové obdobie. Najjednoduchším príkladom je obyčajná žiarovka. Rýchlosť, akou žiarovka premieňa spotrebovanú elektrinu na teplo a svetlo, je jej výkon. Čím vyšší je tento indikátor na začiatku pre žiarovku, tým viac spotrebuje energiu a tým viac svetla vydá.
Pretože v tomto prípade nejde len o proces premeny elektriny na inú (svetelné, tepelné a pod.), ale aj procesom oscilácie elektrického a magnetického poľa, dochádza k fázovému posunu medzi prúdom a napätím, čo by sa malo brať do úvahy pri ďalších výpočtoch.
Pri výpočte výkonu v obvode striedavého prúdu je obvyklé rozlišovať aktívne, reaktívne a plné komponenty.
Koncept aktívneho výkonu
Aktívny „užitočný“ výkon je tá časť výkonu, ktorá priamo charakterizuje proces premeny elektrickej energie na inú energiu. Označuje sa latinským písmenom P a meria sa v wattov (Ut).
Vypočítané podľa vzorca: P = U⋅I⋅cosφ,
kde U a I sú efektívna hodnota napätia a prúdu obvodu, v tomto poradí, cos φ je kosínus fázového uhla medzi napätím a prúdom.
DÔLEŽITÉ! Vzorec opísaný vyššie je vhodný na výpočet obvodov s napätie 220V, výkonné jednotky však väčšinou využívajú sieť s napätím 380V. V tomto prípade by sa mal výraz vynásobiť odmocninou z troch alebo 1,73
Pojem jalový výkon
Jalový "škodlivý" výkon je výkon, ktorý vzniká pri prevádzke elektrických spotrebičov s indukčnou alebo kapacitnou záťažou a odráža prebiehajúce elektromagnetické oscilácie. Jednoducho povedané, ide o energiu, ktorá prechádza zo zdroja energie k spotrebiteľovi a potom sa vracia späť do siete.
Samozrejme, že je nemožné tento komponent použiť v podnikaní, navyše v mnohom škodí napájacej sieti, preto sa to väčšinou snažia kompenzovať.
Táto hodnota je označená latinským písmenom Q.
PAMATUJTE SI! Reaktívny výkon sa nemeria v konvenčných wattoch (Uta v reaktívnych voltampéroch (Var).
Vypočítané podľa vzorca:
Q = U⋅I⋅sinφ,
kde U a I sú efektívna hodnota napätia a prúdu obvodu, sinφ je sínus fázového uhla medzi napätím a prúdom.
DÔLEŽITÉ! Pri výpočte môže byť táto hodnota kladná aj záporná v závislosti od fázového pohybu.
Kapacitné a indukčné záťaže
Hlavný rozdiel medzi reaktívnymi (kapacitné a indukčné) záťaže - v skutočnosti prítomnosť kapacity a indukčnosti, ktoré majú tendenciu ukladať energiu a neskôr ju odovzdávať sieti.
Indukčná záťaž premieňa energiu elektrického prúdu najskôr na magnetické pole (počas pol polcyklu), a potom premieňa energiu magnetického poľa na elektrický prúd a prenáša ho do siete. Príkladom sú indukčné motory, usmerňovače, transformátory, elektromagnety.
DÔLEŽITÉ! Pri prevádzke indukčnej záťaže prúdová krivka vždy zaostáva za krivkou napätia o polovicu polovice cyklu.
Kapacitná záťaž premieňa energiu elektrického prúdu na elektrické pole a následne premieňa energiu výsledného poľa späť na elektrický prúd.Oba procesy opäť prebiehajú každý pol polcyklu. Príkladom sú kondenzátory, batérie, synchrónne motory.
DÔLEŽITÉ! Počas prevádzky kapacitnej záťaže vedie prúdová krivka krivku napätia o pol cyklu.
Účiník cosφ
účinník cosφ (čítať kosínus phi) je skalárna fyzikálna veličina odrážajúca efektívnosť spotreby elektrickej energie. Jednoducho povedané, koeficient cosφ ukazuje prítomnosť reaktívnej časti a hodnotu prijatej aktívnej časti vzhľadom na celkový výkon.
Koeficient cosφ sa zistí pomerom aktívneho elektrického výkonu k zdanlivému elektrickému výkonu.
POZNÁMKA! Pri presnejšom výpočte by sa mali brať do úvahy nelineárne skreslenia sínusoidy, tie sa však v konvenčných výpočtoch zanedbávajú.
Hodnota tohto koeficientu sa môže meniť od 0 do 1 (ak sa výpočet vykonáva ako percento, potom od 0 % do 100 %). Z výpočtového vzorca nie je ťažké pochopiť, že čím väčšia je jeho hodnota, tým väčšia je aktívna zložka, čo znamená, že výkon zariadenia je lepší.
Koncept totálnej moci. Silový trojuholník
Zdanlivý výkon je geometricky vypočítaná hodnota rovnajúca sa odmocnine súčtu štvorcov aktívneho a jalového výkonu. Označené latinským písmenom S.
Celkový výkon môžete vypočítať aj vynásobením napätia a prúdu.
S = U⋅I
DÔLEŽITÉ! Zdanlivý výkon sa meria vo voltampéroch (VA).
Výkonový trojuholník je vhodnou reprezentáciou všetkých predtým popísaných výpočtov a vzťahov medzi aktívnym, jalovým a zdanlivým výkonom.
Nohy odrážajú reaktívne a aktívne zložky, prepona - celkový výkon. Podľa zákonov geometrie sa kosínus uhla φ rovná pomeru aktívnej a celkovej zložky, to znamená, že je to účinník.
Ako nájsť aktívny, reaktívny a zdanlivý výkon. Príklad výpočtu
Všetky výpočty sú založené na vyššie uvedených vzorcoch a mocninovom trojuholníku. Pozrime sa na problém, s ktorým sa v praxi najčastejšie stretávame.
Zvyčajne sú elektrické spotrebiče označené aktívnym výkonom a hodnotou koeficientu cosφ. S týmito údajmi je ľahké vypočítať reaktívne a celkové zložky.
Aby sme to dosiahli, vydelíme činný výkon koeficientom cosφ a získame súčin prúdu a napätia. Toto bude plný výkon.
Ďalej na základe mocninového trojuholníka zistíme, že jalový výkon sa rovná druhej mocnine rozdielu medzi druhou mocninou zdanlivých a aktívnych výkonov.
Ako sa v praxi meria cosφ
Hodnota súčiniteľa cosφ býva uvedená na štítkoch elektrospotrebičov, ak je však potrebné ju v praxi zmerať, používajú špecializované zariadenie - fázový merač. Aj digitálny wattmeter sa s touto úlohou ľahko vyrovná.
Ak je získaný koeficient cosφ dostatočne nízky, potom je možné ho prakticky kompenzovať. Deje sa to hlavne zahrnutím prídavných zariadení do obvodu.
- Ak je potrebné opraviť reaktívnu zložku, potom by mal byť v obvode zahrnutý reaktívny prvok, ktorý pôsobí opačne ako už fungujúce zariadenie. Na kompenzáciu činnosti indukčného motora, napríklad indukčnej záťaže, je paralelne zapojený kondenzátor. Na kompenzáciu synchrónneho motora je pripojený elektromagnet.
- Ak je potrebné opraviť problémy s nelinearitou, do obvodu sa zavedie pasívny korektor cosφ, napríklad to môže byť tlmivka s vysokou indukčnosťou zapojená do série so záťažou.
Výkon je jedným 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 každého z nás.
Podobné články:
