Wszyscy codziennie spotykamy się z urządzeniami elektrycznymi, wydaje się, że bez nich nasze życie się kończy. I każdy z nich w instrukcji technicznej wskazuje moc. Dzisiaj dowiemy się, co to jest, poznamy rodzaje i metody obliczeń.
Zawartość
Moc w obwodzie prądu przemiennego
Urządzenia elektryczne podłączone do sieci działają w obwodzie prądu przemiennego, więc rozważymy moc w tych warunkach. Najpierw jednak podajmy ogólną definicję pojęcia.
Moc - wielkość fizyczna, która odzwierciedla szybkość konwersji lub przesyłania energii elektrycznej.
W węższym sensie mówią, że energia elektryczna to stosunek pracy wykonanej w pewnym okresie czasu do tego okresu.
Parafrazując tę definicję mniej naukowo, okazuje się, że moc to pewna ilość energii, która jest zużywana przez konsumenta przez określony czas. Najprostszym przykładem jest zwykła żarówka. Szybkość, z jaką żarówka zamienia zużytą energię elektryczną na ciepło i światło, jest jej mocą. W związku z tym, im wyższy jest ten wskaźnik początkowo dla żarówki, tym więcej będzie zużywać energii i tym więcej światła będzie dawać.
Ponieważ w tym przypadku nie chodzi tylko o proces zamiany energii elektrycznej na inną (lekkie, termiczne itp.), ale także w procesie oscylacji pól elektrycznych i magnetycznych, pojawia się przesunięcie fazowe między prądem a napięciem, co należy uwzględnić w dalszych obliczeniach.
Przy obliczaniu mocy w obwodzie prądu przemiennego zwyczajowo rozróżnia się składniki aktywne, reaktywne i pełne.
Pojęcie mocy czynnej
Moc czynna „użyteczna” to ta część mocy, która bezpośrednio charakteryzuje proces przekształcania energii elektrycznej w inną energię. Oznaczony łacińską literą P i mierzony w waty (Wt).
Obliczane według wzoru: P = U⋅I⋅cosφ,
gdzie U i I są odpowiednio wartością skuteczną napięcia i prądu obwodu, cos φ jest cosinusem kąta fazowego między napięciem a prądem.
WAŻNY! Opisany wcześniej wzór nadaje się do obliczania obwodów z napięcie 220VJednak mocne jednostki zazwyczaj korzystają z sieci o napięciu 380V. W takim przypadku wyrażenie należy pomnożyć przez pierwiastek z trzech lub 1,73
Pojęcie mocy biernej
Moc bierna „szkodliwa” to moc wytwarzana podczas pracy urządzeń elektrycznych z obciążeniem indukcyjnym lub pojemnościowym i odzwierciedla trwające oscylacje elektromagnetyczne. Mówiąc najprościej, jest to energia, która przechodzi ze źródła zasilania do konsumenta, a następnie wraca z powrotem do sieci.
Oczywiście nie da się tego komponentu wykorzystać w biznesie, co więcej szkodzi on sieci zasilającej na wiele sposobów, dlatego zwykle starają się to zrekompensować.
Ta wartość jest oznaczona łacińską literą Q.
PAMIĘTAĆ! Moc bierna nie jest mierzona w konwencjonalnych watach (Wt) oraz w reaktywnych woltoamperach (Var).
Obliczane według wzoru:
Q = U⋅I⋅sinφ,
gdzie U i I są odpowiednio wartością skuteczną napięcia i prądu obwodu, sinφ jest sinusem kąta fazowego między napięciem i prądem.
WAŻNY! Podczas obliczania wartość ta może być zarówno dodatnia, jak i ujemna, w zależności od ruchu fazowego.
Obciążenia pojemnościowe i indukcyjne
Główna różnica między reaktywnymi (pojemnościowy i indukcyjny) obciążenia - w rzeczywistości obecność pojemności i indukcyjności, które mają tendencję do magazynowania energii, a następnie oddawania jej do sieci.
Obciążenie indukcyjne najpierw przekształca energię prądu elektrycznego w pole magnetyczne (przez pół pół cyklu), a następnie zamienia energię pola magnetycznego na prąd elektryczny i przekazuje go do sieci. Przykładami są silniki indukcyjne, prostowniki, transformatory, elektromagnesy.
WAŻNY! Podczas pracy obciążenia indukcyjnego krzywa prądu zawsze jest opóźniona w stosunku do krzywej napięcia o pół cyklu.
Obciążenie pojemnościowe zamienia energię prądu elektrycznego na pole elektryczne, a następnie zamienia energię powstałego pola z powrotem na prąd elektryczny.Oba procesy ponownie przebiegają po pół cyklu. Przykładami są kondensatory, akumulatory, silniki synchroniczne.
WAŻNY! Podczas pracy z obciążeniem pojemnościowym krzywa prądu wyprzedza krzywą napięcia o pół pół cyklu.
Współczynnik mocy cosφ
Współczynnik mocy cosφ (przeczytaj cosinus phi) to skalarna wielkość fizyczna odzwierciedlająca efektywność zużycia energii elektrycznej. Mówiąc najprościej, współczynnik cosφ pokazuje obecność części biernej i wartość odebranej części czynnej w stosunku do mocy całkowitej.
Współczynnik cosφ wyznacza się poprzez stosunek czynnej mocy elektrycznej do pozornej mocy elektrycznej.
NOTATKA! W dokładniejszych obliczeniach należy uwzględnić nieliniowe zniekształcenia sinusoidy, jednak są one pomijane w konwencjonalnych obliczeniach.
Wartość tego współczynnika może wahać się od 0 do 1 (jeśli obliczenia są przeprowadzane w procentach, to od 0% do 100%). Ze wzoru obliczeniowego nietrudno zrozumieć, że im większa jego wartość, tym większy składnik aktywny, co oznacza, że wydajność urządzenia jest lepsza.
Pojęcie mocy całkowitej. Trójkąt mocy
Moc pozorna to geometrycznie obliczona wartość równa pierwiastkowi sumy kwadratów odpowiednio mocy czynnej i biernej. Oznaczony łacińską literą S.
Możesz również obliczyć całkowitą moc, mnożąc odpowiednio napięcie i prąd.
S = U⋅I
WAŻNY! Moc pozorna jest mierzona w woltoamperach (VA).
Trójkąt mocy jest wygodną reprezentacją wszystkich opisanych wcześniej obliczeń i zależności między mocą czynną, bierną i pozorną.
Nogi odzwierciedlają składniki reaktywne i aktywne, przeciwprostokątną - całkowitą moc. Zgodnie z prawami geometrii, cosinus kąta φ jest równy stosunkowi składowej czynnej i całkowitej, czyli współczynnikowi mocy.
Jak znaleźć moc czynną, bierną i pozorną. Przykład obliczenia
Wszystkie obliczenia opierają się na wcześniej wspomnianych wzorach i trójkącie mocy. Przyjrzyjmy się problemowi najczęściej spotykanemu w praktyce.
Zazwyczaj urządzenia elektryczne oznaczane są mocą czynną i wartością współczynnika cosφ. Dzięki tym danym łatwo jest obliczyć składniki reaktywne i całkowite.
Aby to zrobić, dzielimy moc czynną przez współczynnik cosφ i otrzymujemy iloczyn prądu i napięcia. To będzie pełna moc.
Następnie na podstawie trójkąta mocy znajdujemy moc bierną równą kwadratowi różnicy między kwadratami mocy pozornej i czynnej.
Jak mierzy się cosφ w praktyce
Wartość współczynnika cosφ jest zwykle podana na wywieszkach urządzeń elektrycznych, jednak jeśli jest to konieczne w praktyce zmierzyć, używają specjalistycznego urządzenia - miernik fazy. Również cyfrowy watomierz może z łatwością poradzić sobie z tym zadaniem.
Jeżeli otrzymany współczynnik cosφ jest wystarczająco niski, to można go praktycznie skompensować. Odbywa się to głównie poprzez włączanie w obwód dodatkowych urządzeń.
- W przypadku konieczności skorygowania składowej reaktywnej, w obwód należy włączyć element reaktywny, działający przeciwnie do już działającego urządzenia. Aby skompensować pracę silnika indukcyjnego, na przykład obciążenia indukcyjnego, równolegle podłączony jest kondensator. Elektromagnes jest podłączony, aby skompensować silnik synchroniczny.
- W przypadku konieczności skorygowania problemów nieliniowości wprowadza się do obwodu pasywny korektor cosφ, np. może to być dławik o dużej indukcyjności połączony szeregowo z obciążeniem.
Moc jest jednym z najważniejszych wskaźników urządzeń elektrycznych, więc wiedza, co to jest i jak jest obliczana, jest przydatna nie tylko dla uczniów i osób specjalizujących się w technologii, ale także dla każdego z nas.
Podobne artykuły:
