Im Alltag werden in der Regel Begriffe wie Stromverbrauch oder einfach nur elektrische Leistung verwendet. Die Frage, wie viel Strom ein bestimmtes Gerät verbraucht, ist immer relevant. In der Physik wird der Begriff Wechselstrom jedoch etwas breiter ausgelegt.
Inhalt
- AC-Funktionen
- Wirkwert Wirkleistung
- Reaktive Charakteristik
- Volle Kraft
AC-Funktionen
Die Leistungsformel für einen Strom, der sich mit der Zeit in Stärke, Spannung und Richtung ändert, stimmt nicht mit der einfachen Formel für einen konstanten elektrischen Strom überein. Es kann ausschließlich zur Berechnung des Momentanwertes dieser physikalischen Größe verwendet werden, in der Praxis ist es jedoch nutzlos, die Leistung eines sich ändernden Stroms zu ermitteln. Wenn man seinen gemittelten Wert direkt berechnet, verwendet man die Integration über einen Parameter wie die Zeit. Das heißt, der Momentanwert wird über einen bestimmten Zeitraum integriert.
Dieser Ansatz wird für solche Stromkreise verwendet, in denen sich Spannung und Stärke des elektrischen Stroms zyklisch ändern. Grundsätzlich wird die Leistung in Stromkreisen mit Änderungen der elektrischen Spannung und der Stärke des elektrischen Stroms entlang einer Sinuskurve berechnet.
In der Elektrodynamik werden die aufeinander bezogenen Konzepte von Blind-, Wirk- und Gesamtleistung unterschieden.
Wirkwert Wirkleistung
Die Wirkleistung P wird in Watt gemessen. Abgekürzte Optionen für die Maßeinheit: W (russische Bezeichnung) oder W (international). Der Begriff dieser Leistungsgröße bedeutet den Mittelwert der Momentanindikatoren dieser Eigenschaft über einen Zeitraum T (Periode). Die allgemeine Formel lautet in diesem Fall wie folgt:
Für Stromkreise mit einer Phase eines sinusförmigen Stroms sieht die Formel wie folgt aus:
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In diesem Ausdruck sind Ι und U Effektivwerte von Strom und Spannung. Und der Winkel φ zeigt, wie stark die Phasen zwischen diesen physikalischen Größen verschoben sind.
Die Wirkleistung gibt an, wie schnell elektrische Energie in andere Arten umgewandelt wird: thermische oder elektromagnetische.
Es kann sowohl durch die Stromstärke und den aktiven Widerstand des Stromkreises r als auch durch die Spannung und Leitfähigkeit g nach der Formel ausgedrückt werden:
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In allen Stromkreisen ist diese Art von Leistung gleich der Summe der Werte der einzelnen Elemente. In der dreiphasigen Version werden die Indikatoren für jede einzelne Phase aufsummiert.
Reaktive Charakteristik
Die Blindleistung Q charakterisiert die Lasten, die in elektrischen Geräten durch periodische Änderungen entstehen die Energie des elektromagnetischen Feldes in einem Stromkreis mit Wechselstrom, der sich mit der Zeit sinusförmig ändert Prinzip.
Numerisch gleich der Multiplikation der Effektivwerte U (Spannung), I (Kraft) und Sinus φ (Phasenwinkel):
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Gemessen in Blindvoltampere (russische Abkürzung: var und international - var).
Das reaktive Q gibt eine Charakteristik der Energie an, die von der Stromquelle zu den reaktiven Elementen übertragen wird und über ein Zeitintervall zurückkehrt, das numerisch gleich einer Schwingungsperiode ist. Reaktive Elemente umfassen Induktivitäten, Kondensatoren, Wicklungen. Diese Art der Leistungscharakteristik des Stroms benötigt:
- negativer Wert, wenn die Last aktiv-kapazitiv ist;
- positiv - bei aktiv-induktiver Natur der Lastelemente.
Es ist allgemein anerkannt, dass Geräte mit positivem Q Energie verbrauchen und mit negativem Q dagegen produzieren. Aber das ist eine Konvention. Blindleistung nimmt nämlich nicht an der Arbeit des elektrischen Stroms teil. Synchrongeneratoren, die in Kraftwerken betrieben werden, können je nach Zahlenwert des Erregerstroms in der Wicklung diese Blindstromkennlinie sowohl erzeugen als auch verbrauchen.
Diese Eigenschaft von elektrischen Synchronmaschinen wird verwendet, um einen bestimmten Wert der Netzspannung zu regeln. Um Überlastungen oder eine Erhöhung des Leistungsfaktors zu eliminieren, wird eine Blindkomponentenkompensation durchgeführt.
Volle Kraft
Die Gesamtleistung S wird in Maßeinheiten mit dem Namen Volt-Ampere angegeben und durch Multiplikation der Effektivwerte von I im Stromkreis und der Spannung U an seinen Enden berechnet:
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Diese Art der elektrischen Kennlinie beschreibt in der Praxis die Belastungen, die der Verbraucher tatsächlich auf Teile des Stromnetzes ausübt, Bereitstellung der Stromversorgung (Kabel verschiedener Art, Umformungsgeräte und Leitungen zur Übertragung elektrischer Energie an große Distanz).
Diese Lasten hängen ausschließlich vom aufgenommenen Strom ab und nicht von der Energie, die der Verbraucher tatsächlich verbraucht. Dieser Punkt ist der Grund dafür, dass die Gesamtleistung von Geräten, die elektrische Energie umwandeln, sowie von Schalttafeln in Volt-Ampere und nicht in Watt gemessen wird.
Alle Arten von Leistungsmerkmalen von Wechselstrom sind durch die folgenden mathematischen Ausdrücke miteinander verbunden:
Mit diesen Formeln können Sie Berechnungen für Wechselstromkreise jeder Konfiguration durchführen:
- Vollständig, ausgedrückt durch aktiv und reaktiv.
- Aktiv - durch den Voll- und Phasenwinkel.
- Reaktiv - durch voll und aktiv.
Die Kenntnis dieser Nuancen ist wichtig bei der Auswahl von Geräten und dem Bau von Stromversorgungssystemen für verschiedene Objekte. Die Berücksichtigung der elektrischen Parameter von Geräten ermöglicht die richtige Auswahl elektrischer Geräte und den Aufbau eines wirtschaftlich optimalen Stromversorgungsschemas.
