Mindannyian nap mint nap találkozunk elektromos készülékekkel, úgy tűnik, nélkülük megáll az életünk. És mindegyik a műszaki utasításokban jelzi a teljesítményt. Ma kitaláljuk, mi ez, megtanuljuk a számítás típusait és módszereit.
Tartalom
Áramellátás váltakozó áramú áramkörben
A hálózatra csatlakoztatott elektromos készülékek váltakozó áramú áramkörben működnek, ezért ezeknél a feltételeknél figyelembe vesszük a teljesítményt. Először azonban adjuk meg a fogalom általános meghatározását.
Erő - fizikai mennyiség, amely tükrözi az elektromos energia átalakulásának vagy átvitelének sebességét.
Szűkebb értelemben azt mondják, hogy az elektromos teljesítmény egy bizonyos időtartam alatt végzett munka és ehhez az időtartamhoz viszonyított aránya.
Ha ezt a definíciót kevésbé tudományosan átfogalmazzuk, kiderül, hogy a teljesítmény egy bizonyos mennyiségű energia, amelyet a fogyasztó egy bizonyos időtartam alatt fogyaszt el. A legegyszerűbb példa egy közönséges izzólámpa. Az a sebesség, amellyel az izzó az általa fogyasztott elektromosságot hővé és fénnyel alakítja át, az a teljesítménye. Ennek megfelelően, minél magasabb ez a mutató kezdetben egy izzó esetében, annál több energiát fogyaszt, és annál több fényt ad.
Mivel ebben az esetben nem csak az elektromos áram valamilyen más (fény, hő stb.), hanem az elektromos és mágneses mező oszcillációjának folyamata is, fáziseltolódás jelenik meg az áram és a feszültség között, amit a további számításoknál figyelembe kell venni.
A váltakozó áramkör teljesítményének kiszámításakor szokás megkülönböztetni az aktív, a reaktív és a teljes komponenseket.
Az aktív hatalom fogalma
Az aktív "hasznos" teljesítmény a teljesítmény azon része, amely közvetlenül jellemzi az elektromos energia más energiává alakításának folyamatát. A latin P betűvel jelölve, mértékegységben watt (kedd).
A képlet szerint számítva: P = U⋅I⋅cosφ,
ahol U és I az áramkör feszültségének és áramának effektív értéke, cos φ a feszültség és áram közötti fázisszög koszinusza.
FONTOS! A korábban ismertetett képlet alkalmas áramkörök kiszámítására feszültség 220VA nagy teljesítményű egységek azonban általában 380 V feszültségű hálózatot használnak. Ebben az esetben a kifejezést meg kell szorozni három vagy 1,73 gyökével
A meddő teljesítmény fogalma
A meddő "káros" teljesítmény az a teljesítmény, amely az elektromos készülékek induktív vagy kapacitív terhelésű működése során keletkezik, és tükrözi a folyamatban lévő elektromágneses oszcillációkat. Egyszerűen fogalmazva, ez az az energia, amely az áramforrástól a fogyasztóhoz jut, majd visszakerül a hálózatba.
Természetesen ezt a komponenst nem lehet üzleti életben használni, ráadásul sok tekintetben károsítja az áramellátó hálózatot, ezért általában igyekeznek kompenzálni.
Ezt az értéket a latin Q betű jelöli.
EMLÉKEZIK! A meddőteljesítményt nem hagyományos wattban mérik (kedd), és reaktív volt-amperben (Var).
A képlet szerint számítva:
Q = U⋅I⋅sinφ,
ahol U és I az áramkör feszültségének és áramának effektív értéke, sinφ a feszültség és áram közötti fázisszög szinusza.
FONTOS! Számításkor ez az érték lehet pozitív és negatív is, a fázismozgástól függően.
Kapacitív és induktív terhelések
A fő különbség a reaktív (kapacitív és induktív) terhelések - valójában kapacitás és induktivitás jelenléte, amelyek általában energiát tárolnak, és később azt a hálózatnak adják.
Az induktív terhelés az elektromos áram energiáját először mágneses térré alakítja (fél ciklus alatt), majd a mágneses mező energiáját elektromos árammá alakítja és továbbítja a hálózatba. Ilyenek például az indukciós motorok, egyenirányítók, transzformátorok, elektromágnesek.
FONTOS! Induktív terhelés esetén az áramgörbe mindig fél ciklussal elmarad a feszültséggörbétől.
A kapacitív terhelés az elektromos áram energiáját elektromos térré alakítja, majd a keletkező tér energiáját visszafordítja elektromos árammá.Mindkét folyamat ismét fél-fél cikluson keresztül megy végbe. Ilyenek például a kondenzátorok, akkumulátorok, szinkronmotorok.
FONTOS! A kapacitív terheléses működés során az áramgörbe fél ciklussal vezet a feszültséggörbéhez.
Teljesítménytényező cosφ
Teljesítménytényező cosφ (koszinusz phi beolvasása) egy skaláris fizikai mennyiség, amely az elektromos energiafogyasztás hatékonyságát tükrözi. Egyszerűen fogalmazva, a cosφ együttható egy meddő rész jelenlétét és a kapott aktív rész teljes teljesítményhez viszonyított értékét mutatja.
A cosφ együtthatót az aktív elektromos teljesítmény és a látszólagos elektromos teljesítmény aránya határozza meg.
JEGYZET! Pontosabb számításnál figyelembe kell venni a szinusz nemlineáris torzításait, azonban ezeket a hagyományos számításoknál figyelmen kívül hagyjuk.
Ennek az együtthatónak az értéke 0 és 1 között változhat (ha a számítást százalékban végzik, akkor 0%-tól 100%-ig). A számítási képletből nem nehéz megérteni, hogy minél nagyobb az értéke, annál nagyobb az aktív komponens, ami azt jelenti, hogy a készülék teljesítménye jobb.
A teljes hatalom fogalma. Erőháromszög
A látszólagos teljesítmény egy geometriailag számított érték, amely megegyezik az aktív és meddő teljesítmény négyzetösszegének gyökével. Latin S betűvel jelölve.
A teljes teljesítményt úgy is kiszámíthatja, hogy megszorozza a feszültséget és az áramerősséget.
S = U⋅I
FONTOS! A látszólagos teljesítményt volt-amperben mérik (VA).
A teljesítmény háromszög kényelmesen ábrázolja az összes korábban leírt számítást és összefüggést az aktív, meddő és látszólagos teljesítmény között.
A lábak tükrözik a reaktív és aktív komponenseket, a hipotenusz - a teljes teljesítményt. A geometria törvényei szerint a φ szög koszinusza megegyezik az aktív és a teljes komponensek arányával, vagyis ez a teljesítménytényező.
Hogyan találjuk meg az aktív, reaktív és látszólagos teljesítményt. Számítási példa
Minden számítás a korábban említett képleteken és a hatványháromszögön alapul. Nézzük meg a gyakorlatban leggyakrabban előforduló problémát.
Az elektromos készülékeken jellemzően az aktív teljesítmény és a coφ együttható értéke látható. Ezekkel az adatokkal könnyen kiszámítható a reaktív és a teljes komponens.
Ehhez elosztjuk az aktív teljesítményt a cosφ együtthatóval, és megkapjuk az áram és a feszültség szorzatát. Ez lesz a teljes hatalom.
Továbbá a hatványháromszög alapján azt találjuk, hogy a meddőteljesítmény egyenlő a látszólagos és az aktív teljesítmény négyzete közötti különbség négyzetével.
Hogyan történik a cosφ mérése a gyakorlatban
A coφ együttható értékét általában az elektromos készülékek címkéin tüntetik fel, azonban ha a gyakorlatban meg kell mérni, speciális eszközt használnak - fázismérő. Ezenkívül egy digitális wattmérő könnyen megbirkózik ezzel a feladattal.
Ha a kapott cosφ együttható elég alacsony, akkor gyakorlatilag kompenzálható. Ez főleg további eszközök bevonásával történik az áramkörbe.
- Ha szükséges a reaktív komponens korrigálása, akkor az áramkörbe egy reaktív elemet kell beépíteni, amely a már működő eszközzel ellentétes módon működik. Az indukciós motor működésének kompenzálására, például egy induktív terhelésre, egy kondenzátort párhuzamosan csatlakoztatnak. A szinkronmotor kompenzálására elektromágnes van csatlakoztatva.
- Ha nemlinearitási problémákat kell kijavítani, akkor az áramkörbe passzív cosφ korrektort vezetünk be, ez lehet például a terheléssel sorba kapcsolt nagy induktivitású fojtótekercs.
A teljesítmény az elektromos készülékek egyik legfontosabb mutatója, így annak ismerete, hogy mi ez és hogyan számítják ki, nemcsak az iskolások és a technikára szakosodott emberek, hanem mindannyiunk számára is hasznos.
Hasonló cikkek:
