V každodenním životě se zpravidla používají fráze jako spotřeba energie nebo jednoduše elektrická energie. Otázka, kolik elektřiny spotřebuje toto nebo toto zařízení, je vždy relevantní. Ale ve fyzice se pojem střídavého proudu vykládá poněkud šířeji.
Obsah
- Vlastnosti AC
- Aktivní hodnota Real Power
- Reaktivní charakteristika
- Plná síla
Vlastnosti AC
Výkonový vzorec pro proud, který se v čase mění v síle, napětí a směru, se neshoduje s jednoduchým vzorcem pro konstantní elektrický proud. Lze jej použít výhradně pro výpočet okamžité hodnoty této fyzikální veličiny, ale v praxi je zbytečné hledat sílu měnícího se proudu. Při přímém výpočtu jeho průměrné hodnoty se používá integrace přes takový parametr, jako je čas. To znamená, že okamžitá hodnota je integrována za určité období.
Tento přístup se používá pro ty elektrické obvody, ve kterých se cyklicky mění napětí a síla elektrického proudu. V zásadě se výkon v obvodech počítá se změnami elektrického napětí a síly elektrického proudu podél sinusoidy.
V elektrodynamice se rozlišují vzájemně související pojmy jalový, činný a celkový výkon.
Aktivní hodnota Real Power
Činný výkon P se měří ve wattech. Zkrácené možnosti pro měrnou jednotku: W (ruské označení) nebo W (mezinárodní). Samotný pojem této výkonové veličiny znamená průměrnou hodnotu okamžitých ukazatelů této charakteristiky za časové období T (period). Obecný vzorec v tomto případě je následující:
Pro elektrické obvody s jednou fází sinusového proudu vypadá vzorec takto:
.
V tomto výrazu jsou Ι a U efektivní hodnoty proudu a napětí. A úhel φ ukazuje, jak moc jsou fáze mezi těmito fyzikálními veličinami posunuty.
Aktivní výkon udává, jak rychle se elektrická energie přeměňuje na jiné typy: tepelnou nebo elektromagnetickou.
Lze ji vyjádřit jak proudovou silou a aktivním odporem obvodu r, tak napětím a vodivostí g podle vzorce:
.
V jakýchkoli elektrických obvodech se tento typ výkonu rovná součtu hodnot na jednotlivých prvcích. V třífázové verzi se indikátory pro každou samostatnou fázi sčítají.
Reaktivní charakteristika
Jalový výkon Q charakterizuje zátěže vytvářené v elektrických zařízeních periodickými změnami energie elektromagnetického pole v obvodu se střídavým proudem, která se v čase mění v sinusovém tvaru zásada.
Číselně se rovná násobení efektivních hodnot U (napětí), I (síla) a sinus φ (fázový úhel):
.
Měřeno v reaktivních voltampérech (ruská zkratka: var a mezinárodní - var).
Reaktivní Q udává charakteristiku energie přenášené ze zdroje energie na jalové prvky a vracející se zpět v časovém intervalu, který se číselně rovná jedné periodě oscilace. Reaktivní prvky zahrnují induktory, kondenzátory, vinutí. Tento druh výkonové charakteristiky proudu trvá:
- záporná hodnota, pokud je zátěž aktivní-kapacitní;
- pozitivní - v případě aktivního indukčního charakteru prvků zátěže.
Obecně se uznává, že zařízení s kladným Q spotřebovávají energii, a naopak vyrábějí energii se záporným. Ale to je konvence. Jalový výkon se ve skutečnosti neúčastní práce elektrického proudu. Synchronní generátory, které pracují v elektrárnách, mohou v závislosti na číselné hodnotě budícího proudu ve vinutí jak generovat, tak spotřebovávat tuto charakteristiku jalového proudu.
Tato vlastnost synchronních elektrických strojů slouží k regulaci určité hodnoty síťového napětí. Pro eliminaci přetížení nebo zvýšení účiníku se provádí kompenzace jalové složky.
Plná síla
Celkový výkon S je uveden v jednotkách měření s názvem voltampérů a vypočítá se vynásobením efektivních hodnot I v obvodu a napětí U na jeho koncích:
.
Tento typ elektrické charakteristiky v praxi popisuje zatížení, které ve skutečnosti působí spotřebitel na části elektrické sítě, zajišťující dodávku elektrické energie (kabely různých typů, transformační zařízení a vedení pro přenos elektrické energie do veľ vzdálenost).
Tyto zátěže závisí pouze na spotřebovaném proudu, nikoli na energii, kterou spotřebitel skutečně spotřebuje. Tento bod je důvodem, proč se celkový výkon zařízení, která zajišťují transformaci elektrické energie, stejně jako rozvaděčů, měří ve voltampérech, nikoli ve wattech.
Všechny typy výkonových charakteristik střídavého proudu jsou vzájemně propojeny následujícími matematickými výrazy:
Tyto vzorce umožňují provádět výpočty pro obvody střídavého proudu jakékoli konfigurace:
- Úplné, vyjádřené prostřednictvím aktivního a reaktivního.
- Aktivní - přes plný a fázový úhel.
- Reaktivní - přes plné a aktivní.
Znalost těchto nuancí je důležitá při výběru zařízení a budování napájecích systémů pro různé objekty. Zohlednění elektrických parametrů zařízení umožňuje provést správnou volbu elektrických zařízení a vytvořit ekonomicky optimální schéma napájení.
