Zasilanie prądem zmiennym: formuły, składniki i funkcje aplikacji

W życiu codziennym z reguły używa się zwrotów takich jak zużycie energii lub po prostu energia elektryczna. Zawsze aktualne jest pytanie, ile prądu zużywa dane urządzenie. Ale w fizyce pojęcie zasilania prądem przemiennym interpretuje się nieco szerzej.

Funkcje AC

Wzór na moc prądu, którego siła, napięcie i kierunek zmienia się w czasie, nie pokrywa się z prostym wzorem na stały prąd elektryczny. Można go używać wyłącznie do obliczania wartości chwilowej tej wielkości fizycznej, ale w praktyce nie ma sensu obliczanie mocy prądu zmiennego. Obliczając bezpośrednio jego uśrednioną wartość, stosuje się całkowanie nad takim parametrem jak czas. Oznacza to, że wartość chwilowa jest całkowana przez pewien okres.

To podejście jest stosowane w tych obwodach elektrycznych, w których napięcie i natężenie prądu elektrycznego zmieniają się cyklicznie. Zasadniczo moc w obwodach jest obliczana ze zmianami napięcia elektrycznego i natężenia prądu elektrycznego wzdłuż sinusoidy.

W elektrodynamice wyróżnia się powiązane ze sobą pojęcia mocy biernej, czynnej i całkowitej.

Wartość czynna Moc rzeczywista

Moc czynna P jest mierzona w watach. Skrócone opcje jednostki miary: W (oznaczenie rosyjskie) lub W (międzynarodowe). Samo pojęcie tej wielkości mocy oznacza średnią wartość chwilowych wskaźników tej cechy w okresie czasu T (okres). Ogólna formuła w tym przypadku wygląda następująco:

Dla obwodów elektrycznych z jedną fazą prądu sinusoidalnego wzór wygląda następująco:

.

W tym wyrażeniu Ι i U są wartościami skutecznymi prądu i napięcia. A kąt φ pokazuje, jak bardzo fazy są przesunięte między tymi wielkościami fizycznymi.

Moc czynna wskazuje, jak szybko energia elektryczna jest przekształcana w inne typy: cieplną lub elektromagnetyczną.

Można go wyrazić zarówno poprzez natężenie prądu i rezystancję czynną obwodu r, jak i napięcie i przewodność g zgodnie ze wzorem:

.

W dowolnych obwodach elektrycznych ten rodzaj mocy jest równy sumie wartości na poszczególnych elementach. W wersji trójfazowej wskaźniki dla każdej fazy są sumowane.

Charakterystyka reaktywna

Moc bierna Q charakteryzuje obciążenia wytwarzane w urządzeniach elektrycznych poprzez okresowe zmiany energia pola elektromagnetycznego w obwodzie z prądem przemiennym, która z biegiem czasu zmienia się sinusoidalnie zasada.

Numerycznie jest to pomnożenie rms U (napięcie), I (siła) i sinus φ (kąt fazowy):

.

Mierzone w woltamperach reaktywnych (rosyjski skrót: var, a międzynarodowy - var).

Reaktywne Q daje charakterystykę energii przesyłanej ze źródła zasilania do elementów reaktywnych i powracającej z powrotem w przedziale czasu liczbowo równym jednemu okresowi oscylacji. Elementy reaktywne obejmują cewki indukcyjne, kondensatory, uzwojenia. Ten rodzaj charakterystyki mocy prądu przyjmuje:

• wartość ujemna, jeśli obciążenie jest aktywno-pojemnościowe;
• dodatni - w przypadku aktywno-indukcyjnego charakteru elementów obciążenia.

Ogólnie przyjmuje się, że urządzenia z dodatnim Q zużywają energię, a z ujemnym Q, wręcz przeciwnie, produkują. Ale to jest konwencja. Moc bierna w rzeczywistości nie bierze udziału w pracy prądu elektrycznego. Generatory synchroniczne pracujące w elektrowniach, w zależności od wartości liczbowej prądu wzbudzenia w uzwojeniu, mogą zarówno generować, jak i pobierać tę charakterystykę prądu biernego.

Ta cecha synchronicznych maszyn elektrycznych służy do regulowania określonej wartości napięcia sieciowego. Aby wyeliminować przeciążenia lub wzrost współczynnika mocy, wykonywana jest kompensacja składowej biernej.

Pełna moc

Całkowita moc S jest prezentowana w jednostkach miary o nazwie woltoampery i jest obliczana przez pomnożenie wartości skutecznych I w obwodzie i napięcia U na jego końcach:

.

Ten rodzaj charakterystyki elektrycznej w praktyce opisuje obciążenia, które w rzeczywistości są nakładane przez konsumenta na części sieci elektrycznej, zapewnienie dostaw energii elektrycznej (różnego rodzaju kable, urządzenia transformujące i linie do przesyłu energii elektrycznej do dużych) dystans).

Obciążenia te zależą wyłącznie od pobieranego prądu, a nie od energii faktycznie zużywanej przez konsumenta. Ten punkt jest powodem, dla którego całkowita moc urządzeń zapewniających przetwarzanie energii elektrycznej, a także tablic rozdzielczych, mierzona jest w woltamperach, a nie w watach.

Wszystkie rodzaje charakterystyk mocy prądu przemiennego są połączone następującymi wyrażeniami matematycznymi:

Te formuły umożliwiają wykonywanie obliczeń dla obwodów prądu przemiennego o dowolnej konfiguracji:

1. Kompletny, wyrażony poprzez aktywne i reaktywne.
2. Aktywny - przez pełny i fazowy kąt.
3. Reaktywne - przez pełne i aktywne.

Znajomość tych niuansów jest ważna przy doborze urządzeń i budowaniu systemów zasilania dla różnych obiektów. Uwzględnienie parametrów elektrycznych urządzeń umożliwia dokonanie właściwego doboru urządzeń elektrycznych i zbudowanie optymalnego ekonomicznie schematu zasilania.