בחיי היומיום, ככלל, נעשה שימוש בביטויים כמו צריכת חשמל או פשוט חשמל. השאלה כמה חשמל צורך מכשיר מסוים תמיד רלוונטית. אבל בפיזיקה, המושג כוח AC מתפרש קצת יותר רחב.
תוֹכֶן
- תכונות AC
- ערך פעיל כוח אמיתי
- מאפיין תגובתי
- כל העוצמה
תכונות AC
נוסחת ההספק לזרם המשתנה עם הזמן בחוזק, במתח ובכיוון אינו עולה בקנה אחד עם הנוסחה הפשוטה לזרם חשמלי קבוע. ניתן להשתמש בו אך ורק לחישוב הערך המיידי של כמות פיזיקלית זו, אך בפועל אין טעם למצוא את העוצמה של זרם משתנה. בחישוב הערך הממוצע שלו ישירות, משתמשים באינטגרציה על פרמטר כמו זמן. כלומר, הערך המיידי משולב על פני תקופה מסוימת.
גישה זו משמשת עבור אותם מעגלים חשמליים שבהם המתח והחוזק של הזרם החשמלי משתנים באופן מחזורי. בעיקרון, ההספק במעגלים מחושב עם שינויים במתח החשמלי ובעוצמת הזרם החשמלי לאורך סינוסואיד.
באלקטרודינמיקה מבדילים בין המושגים של כוח תגובתי, פעיל וטוטאלי, הקשורים זה לזה.
ערך פעיל כוח אמיתי
הספק פעיל P נמדד בוואטים. אפשרויות מקוצרות ליחידת המידה: W (ייעוד רוסי) או W (בינלאומי). עצם הרעיון של כמות כוח זו פירושו הערך הממוצע של האינדיקטורים המיידיים של מאפיין זה על פני תקופה של זמן T (תקופה). הנוסחה הכללית במקרה זה היא כדלקמן:
עבור מעגלים חשמליים עם שלב אחד של זרם סינוסואיד, הנוסחה נראית כך:
.
בביטוי זה, Ι ו-U הם ערכי rms של זרם ומתח. והזווית φ מראה עד כמה השלבים מוזזים בין הגדלים הפיזיקליים הללו.
כוח פעיל מציין באיזו מהירות אנרגיה חשמלית מומרת לסוגים אחרים: תרמית או אלקטרומגנטית.
זה יכול לבוא לידי ביטוי הן באמצעות חוזק הזרם וההתנגדות הפעילה של המעגל r, והן באמצעות המתח והמוליכות g לפי הנוסחה:
.
בכל מעגלים חשמליים, סוג זה של כוח שווה לסכום הערכים על האלמנטים הבודדים. בגרסה התלת-פאזית, מסוכמים האינדיקטורים לכל שלב נפרד.
מאפיין תגובתי
כוח תגובתי Q מאפיין את העומסים הנוצרים במכשירים חשמליים על ידי שינויים תקופתיים האנרגיה של השדה האלקטרומגנטי במעגל עם זרם חילופין, המשתנה עם הזמן בסינוסואיד עִקָרוֹן.
מבחינה מספרית, זה שווה לכפל של ה-rms U (מתח), I (כוח) וסינוס φ (זווית הפאזה):
.
הוא נמדד בוולט-אמפר תגובתי (קיצור רוסי: var, ובינלאומי - var).
Reactive Q נותן מאפיין של האנרגיה המשודרת ממקור הכוח ליסודות התגובתיים וחוזרת חזרה על פני מרווח זמן השווה מספרית לתקופת תנודה אחת. אלמנטים תגובתיים כוללים משרנים, קבלים, פיתולים. סוג זה של כוח המאפיין זרם לוקח:
- ערך שלילי אם העומס הוא פעיל-קיבולי;
- חיובי - במקרה של אופי פעיל-אינדוקטיבי של רכיבי העומס.
מקובל בדרך כלל שמכשירים עם Q חיובי צורכים אנרגיה, ולהיפך, מייצרים אנרגיה עם אנרגיה שלילית. אבל זו מוסכמה. כוח תגובתי למעשה אינו לוקח חלק בעבודת הזרם החשמלי. גנרטורים סינכרוניים הפועלים בתחנות כוח, בהתאם לערך המספרי של זרם העירור בפיתול, יכולים גם לייצר ולצרוך את מאפיין הזרם התגובתי הזה.
תכונה זו של מכונות חשמליות סינכרוניות משמשת לוויסות ערך מסוים של מתח החשמל. כדי למנוע עומסי יתר או עלייה במקדם ההספק, מתבצע פיצוי רכיב תגובתי.
כל העוצמה
ההספק הכולל S מוצג ביחידות מדידה עם שם וולט-אמפר ומחושב על ידי הכפלת הערכים האפקטיביים של I במעגל והמתח U בקצותיו:
.
סוג זה של מאפיין חשמלי מתאר בפועל את העומסים המוטלים למעשה על ידי הצרכן על חלקים מרשת החשמל, אספקת חשמל (כבלים מסוגים שונים, התקני שינוי וקווים להעברת אנרגיה חשמלית לגדולים מֶרְחָק).
עומסים אלו תלויים אך ורק בזרם הנצרך, ולא באנרגיה שהצרכן משתמש בה בפועל. נקודה זו היא הסיבה שההספק הכולל של מכשירים המספקים טרנספורמציה של אנרגיה חשמלית, כמו גם מרכזיות, נמדד בוולט-אמפר, ולא בוואטים.
כל סוגי מאפייני ההספק של זרם חילופין מחוברים ביניהם על ידי הביטויים המתמטיים הבאים:
נוסחאות אלה מאפשרות לך לבצע חישובים עבור מעגלי AC בכל תצורה:
- שלם, מתבטא באמצעות אקטיבי ותגובתי.
- פעיל - דרך הזווית המלאה והפאזית.
- ריאקטיבי - דרך מלא ופעיל.
הכרת הניואנסים הללו חשובה בעת בחירת ציוד ובניית מערכות אספקת חשמל עבור חפצים שונים. התחשבות בפרמטרים החשמליים של התקנים מאפשרת לבצע את הבחירה הנכונה של מכשירים חשמליים ולבנות ערכת אספקת חשמל אופטימלית מבחינה כלכלית.
