Mi az elektromos energia - Hobbytechnika
Az előző cikkek egyikében azt mondtam, hogy az elektromos generátor csak egy bizonyos formájú energiát (mechanikai, kémiai, termikus stb.) Vesz fel és villamos energiává alakítja. Ugyanakkor azt mondtam, hogy az elektromos fogyasztó felveszi az áramot, és átalakítja más energiákká (hő, fény, mechanikai munka stb.). Ezekből arra következtethetünk, hogy működésük során abszolút minden elektromos alkatrész a kapott energiát egy vagy több más energiaformává alakítja át. Annak érdekében, hogy a jelenségeket a lehető legnagyobb mértékben megérthessük és kihasználhassuk, tudnunk kell, hogy az energia milyen gyorsan alakul át egyik állapotból a másikba. A villamos energia esetében azt a sebességet nevezzük villamos energiának, amellyel az elektromosság átalakul más energiává vagy más energiává. Ezért ma a következőkről fogunk beszélni:
- Mi az elektromos teljesítmény ?
- Aktív elektromos teljesítmény
- Reaktív elektromos teljesítmény
- Látszólagos elektromos teljesítmény
- Teljesítménytényező
Mi az elektromos teljesítmény ?
Mint a bevezetőben mondtam, az erő az a mennyiség, amely megmutatja, hogy az energia milyen gyorsan "áramlik" egyik helyről a másikra, vagy milyen gyorsan alakul át egy másik energiaformává. Villamos energia esetén az "áramlási" sebesség arányos mind a feszültséggel, mind az azt továbbító elektromos áram intenzitásával. Ezért az elektromos energia matematikai kapcsolata:
- P - elektromos teljesítmény. W (te) -ben van kifejezve;
- U - elektromos feszültség. V-ban (volt) kifejezve;
- I - az elektromos áram intenzitása. A-ban kifejezve (amper).
Nem tudok rólad, de már megszoktam, hogy az összes egyszerű képletet csak jó néhány esetben lehet közvetlenül használni a gyakorlatban. Ugyanez vonatkozik az elektromos teljesítmény képletére is: a fenti összefüggés csak tisztán rezisztív áramkörök által létrehozott áramkörök esetében érvényes (azaz csak elektromos ellenállások alkotják). Miért ? Más szavakkal, az elektromos ellenállások egy irányba továbbítják az energiát (a villamos energiától a hőig), míg a tekercsek és a kondenzátorok úgy viselkednek, mint a villamos energia tartályai: képesek fogadni, de továbbítani is tudják az áramot. Csak az áramkör által elfogyasztott teljesítményt szeretnénk tudni, de a fenti összefüggés ugyanabba a potba helyezi az elfogyasztott és az áramkör által adott teljesítményt is, és így teljesen téves eredményeket adhat.
Ha azt a tényt is figyelembe vesszük, hogy bármelyik elektronikai alkatrésznek mindig lesz kapacitása és parazita induktivitása is, akkor a fenti képlet csak állandó állandó feszültséggel táplált elektromos áramkörök esetén (azaz amikor a kapacitások és az induktivitások hatása 100% -ban helyes) nem fordulhat elő). Az utolsó állításnak azonban nem szabad megijesztenie - amikor az alacsony frekvenciájú elektromos áramkörökben használt kis elektronikai alkatrészekről van szó (mondjuk tízezer hertz alatt), a parazita kapacitások és az induktivitások hatása gyakran teljesen elhanyagolható.
Aktív elektromos teljesítmény
Ez egy áramkör által fogyasztott valós teljesítmény. Egy áramkörben, amelyben vannak ellenállásaink, tekercseink és kondenzátoraink, az aktív elektromos energiát csak az elektromos ellenállások fogyasztják, mert nem tudják tárolni az áramot (az összes általuk kapott villamos energiát valahogy el kell fogyasztani, azaz átalakítani egy másiká energiaforma - ebben az esetben hőben).
Az aktív teljesítmény kiszámításának képlete a fenti. Átírom a többi tökéletesen egyenértékű változattal együtt:
- P - aktikus elektromos teljesítmény. W (te) -ben van kifejezve;
- U - elektromos feszültség. V-ban (volt) kifejezve;
- I - az elektromos áram intenzitása. A-ban kifejezve (amper);
- R az áramkör elektromos ellenállása. Ω-ban kifejezve (ohm).
Reaktív elektromos teljesítmény
Röviden: ez az elektromos áram, amelyet a tekercsek és a kondenzátorok továbbítanak egy áramkörben. Tágabb értelemben a tekercseket és a kondenzátorokat tükröknek tekinthetjük: áramot kapnak, de előbb-utóbb visszatükrözi azt az áramkörbe. Emiatt a kondenzátorokat és tekercseket reaktív komponenseknek is nevezik - mert korábban felhalmozott villamos energia felhasználásával reagálnak a villamos energia áthaladására.
Egy áramkörben, amelyben vannak ellenállásaink, tekercseink és kondenzátoraink, a reaktív elektromos teljesítmény csak a tekercsek és kondenzátorok áramkörében való jelenlét miatt jelenik meg, mert csak ezek a komponensek tárolják a befogadott elektromos energiát, és képesek ezt később visszahelyezni az áramkörbe. Pontosabban, a következőképpen történik:
- a tekercs által kapott elektromosság átalakul mágneses energiává. Amikor a tekercs csatlakozóinál a feszültség állandóvá válik vagy akár csökken, a tekercsben tárolt mágneses energia visszaalakul elektromos energiává, amely ellentétes irányú elektromos áramot eredményez, mint ami a tekercsen keresztül eredetileg létezik;
- a kondenzátor által felvett elektromos energiát arra használják, hogy az elektromos töltéseket a kondenzátor egyik kapcsairól a másikra mozgassa. Amikor a kondenzátor kapcsain a feszültség csökkenni szokott, a kondenzátorban lévő energiát (ún. Elektrosztatikusnak) az eredetivel megegyező irányú áram alakítja vissza villamos energiává. Más szavakkal, amikor a terminál feszültsége csökken, a kondenzátor kisüt és visszahelyezi az áramkörbe a korábban kapott áramot.
A reaktív elektromos teljesítmény kiszámításának képlete a következő:
- Q - reaktív elektromos teljesítmény. VAR-ban kifejezve (reaktív volt-amper);
- I - az elektromos áram intenzitása. A-ban kifejezve (amper);
- U - elektromos feszültség. V-ban (volt) kifejezve;
- X - elektromos reaktancia. Ω-ban (ohm) kifejezve.
Korábban már beszéltem veled az elektromos előtétről, de ahelyett, hogy elküldeném, ahol először beszéltem róla, az hatékonyabb.
A reaktancia kondenzátorra vagy tekercsre vonatkozik, ami az elektromos ellenállás a, hmm, elektromos ellenállás esetén: D. Más szavakkal, a reaktancia megmutatja, hogy egy kondenzátor vagy tekercs mennyire ellenzi az elektromos áram áthaladását. A reaktancia lehet induktív (tekercsek) vagy kapacitív (kondenzátorok), és ugyanúgy mérik, mint az elektromos ellenállást, ohmban [Ω]. A reaktancia olyan jelenség, amely csak akkor fordul elő, ha az áramkör elektromos feszültsége változó (például váltakozó áramban).
Az induktív reaktancia kiszámításának egyenlete:
A kapacitív reaktancia kiszámításának egyenlete:
- XL - induktív reaktancia. Ezt Ω-ban (ohm) fejezik ki;
- XC - kapacitív reaktancia. Ezt Ω-ban (ohm) fejezik ki;
- f - a megfelelő komponensen átfolyó váltakozó áram frekvenciája. Hz-ben kifejezve (hertz);
- L - tekercs induktivitása vagy ezzel egyenértékű induktivitása (ha az áramkör több tekercset tartalmaz). H-ban kifejezve (henry);
- C - kondenzátor kapacitása vagy ezzel egyenértékű kapacitás (ha az áramkör több tekercset tartalmaz). F-ben kifejezve (farazi).
Ennek ellenére X a reaktív teljesítményegyenletből:
- akkor cseréljük ki XL-re, ha csak tekercsek vannak az áramkörben;
- XC-re cserélik, ha csak kondenzátorok vannak az áramkörben.
A meddőteljesítmény ismerete és megértése azért fontos, mert az áramkörben való jelenlétéhez szükség van mind az áramkör generátorára, mind tápkábeleire. A reaktív komponens jelenléte egy elektromos áramkörben sokkforrás: az áramkörön simán áramló áram helyett mohón lenyeli, vagy dühösen köpködik a reaktív komponensekre. Ezért az áramköri elemeket szilárdabban kell megépíteni, ami magasabb költségeket jelent az áramköri alkatrészek számára.
Látszólagos elektromos teljesítmény
Ez az erő magában foglalja mind az aktív, mind a reaktív elektromos energiát. A számítási összefüggés a következő:
- S - látszólagos elektromos teljesítmény. VA-ban van kifejezve (volt-amper);
- U - elektromos feszültség. V-ban (volt) kifejezve;
- I - az elektromos áram intenzitása. A-ban kifejezve (amper);
- Z - az áramkör elektromos impedanciája. Röviden: az elektromos impedancia az áramkör egyenértékű elektromos ellenállásának, a kapacitív reaktivitásnak és az induktív reaktivitásnak az összege. Az elektromos impedanciát alkatrészeihez hasonlóan Ω (ohm) fejezi ki.
Miért hívják "látszólagos hatalomnak"? Nos, ha emlékszel, a cikk elején azt mondtam, hogy az elektromos teljesítmény kiszámítása úgy történik, hogy az áramkör kapcsain lévő feszültséget megszorozzuk a rajta átfolyó áram intenzitásával. Ha ezt a számítást egy váltakozó áramú áramkör számára végezzük, amely reaktív komponenseket (tekercseket és kondenzátorokat) tartalmaz, akkor csak látszólagos teljesítményt kapunk, mert értéke nagyon távol állhat az áramkör által fogyasztott aktív (valós) teljesítmény értékétől.
Teljesítménytényező
Matematikailag a teljesítménytényező az aktív és a látszólagos elektromos teljesítmény aránya. Két azonos természetű mennyiség aránya azt eredményezi, hogy a teljesítménytényező dimenzió nélküli mennyiség. 0 és 1 közötti értékeket vehet fel:
- a 0 érték azt jelenti, hogy az áramkörben csak reaktív komponenseink vannak, amelyek nem fogyasztanak energiát, hanem csak egy séta innen oda az áramkörben létezőn, amint azt fentebb kifejtettük;
- Az 1. érték azt jelenti, hogy csak aktív teljesítmény áramlik az áramkörben.
Mire szolgál a teljesítménytényező? ?
Már tudja, hogy amikor tekercsekkel és kondenzátorokkal ellátott áramköreink vannak, fáziskülönbségek lehetnek a feszültség és az elektromos áram intenzitása között. Tudja azt is, hogy a tekercsek a kondenzátorok által bevezetett fáziseltolással ellentétes fáziseltolódást váltanak ki, ami azt jelenti, hogy ha a két típusú komponens által termelt reaktancia egyenlő, akkor egymást törlik (ez az eset áll fenn, ha minőségi tényezőnk megegyezik 1). A gyakorlatban nyilvánvaló, hogy ez az egyenlőség önmagában ritkán fordul elő, amelyhez, ha semmilyen módon nem avatkozunk be, az adott áramkörben az áram intenzitása többé-kevésbé fázison kívül lesz a feszültséggel, ami egyensúlyhiányt okoz az áramkörben. (a szükségesnél jóval nagyobb intenzitású áramok, a rendelkezésre álló aktív teljesítmény csökkentése stb.).
Összegzésképpen elmondható, hogy az 1-nél kisebb teljesítménytényező veszteségekhez vezet. Amint a fentiekből már sejtette, a teljesítménytényező úgy korrigálható, hogy értéke nagyon közel kerüljön az 1. értékre. Erről azonban a későbbi cikkekben fogunk beszélni.