Jak měřit činný výkon?

S elektrickými spotřebiči se každý den setkáváme, zdá se, že bez nich se náš život zastaví. A každý z nich má výkon uvedený v technických pokynech. Dnes zjistíme, co to je, zjistíme typy a způsoby výpočtu.

Napájení v obvodu střídavého proudu

Elektrické spotřebiče připojené k elektrické síti pracují ve střídavém obvodu, proto budeme uvažovat výkon za těchto podmínek. Nejprve si však uveďme obecnou definici pojmu.

Výkon je fyzikální veličina, která odráží rychlost přeměny nebo přenosu elektrické energie.

V užším slova smyslu se říká, že elektrický výkon je poměr práce vykonané za určité časové období k tomuto časovému úseku.

Pokud tuto definici přeformulujeme méně vědecky, ukáže se, že výkon je určité množství energie, které spotřebitel spotřebuje za určité časové období. Nejjednodušším příkladem je obyčejná žárovka. Rychlost, jakou žárovka přeměňuje spotřebovanou elektřinu na teplo a světlo, je její výkon. Čím vyšší je tedy tento indikátor u žárovky zpočátku, tím více energie spotřebuje a tím více světla vydá.

Protože v tomto případě nejde pouze o proces přeměny elektřiny na nějakou jinou (světelné, tepelné atd.), ale také procesem oscilace elektrického a magnetického pole, dochází k fázovému posunu mezi proudem a napětím, což je třeba vzít v úvahu při dalších výpočtech.

Při výpočtu výkonu v obvodu střídavého proudu je obvyklé rozlišovat aktivní, jalové a zdánlivé složky.

Čtěte také: Kdy a proč při pájení používáte kalafunu?

Koncept aktivního výkonu

Aktivní „užitečný“ výkon je ta část výkonu, která přímo charakterizuje proces přeměny elektrické energie na nějakou jinou energii. Označuje se latinským písmenem P a měří se ve wattech (Út.).

Rasschityvaetsya podle vzorce: P = U⋅I⋅cosφ,

kde U a I jsou střední kvadratická hodnota napětí a proudu obvodu, v tomto pořadí, cos φ je kosinus úhlu fázového posunu mezi napětím a proudem.

POZOR! Výše popsaný vzorec je vhodný pro výpočet obvodů s napětím 220V, nicméně výkonné jednotky obvykle používají síť s napětím 380V. V tomto případě by měl být výraz vynásoben odmocninou ze tří nebo 1.73

Koncept jalového výkonu

Jalový „škodlivý“ výkon je výkon, který vzniká při provozu elektrických spotřebičů s indukční nebo kapacitní zátěží a odráží vznikající elektromagnetické oscilace. Jednoduše řečeno, jde o energii, která se přesune ze zdroje energie ke spotřebiteli a poté se vrátí zpět do sítě.

Tento komponent samozřejmě nelze použít, navíc velmi poškozuje napájecí síť, proto se to většinou snaží kompenzovat.

Tato hodnota je označena latinským písmenem Q.

Pamatujte si! Jalový výkon se neměří v běžných wattech (Út.), a v reaktivních voltampérech (Var).

Rasschityvaetsya podle vzorce:

kde U a I jsou efektivní hodnoty napětí a proudu obvodu, sinφ je sinus úhlu fázového posunu mezi napětím a proudem.

POZOR! Při výpočtu může být tato hodnota buď kladná nebo záporná, v závislosti na fázovém pohybu.

Kapacitní a indukční zátěže

Hlavní rozdíl mezi reaktivními (kapacitní a indukční) zátěž – ve skutečnosti přítomnost kapacity a indukčnosti, které mají tendenci ukládat energii a později ji uvolňovat do sítě.

Indukční zátěž přeměňuje energii elektrického proudu nejprve na magnetické pole (během půl půl cyklu), a poté přeměňuje energii magnetického pole na elektrický proud a přenáší jej do sítě. Příklady zahrnují asynchronní motory, usměrňovače, transformátory a elektromagnety.

POZOR! Při provozu indukční zátěže se proudová křivka vždy zpožďuje za křivkou napětí o polovinu poloviny cyklu.

Kapacitní zátěž přeměňuje energii elektrického proudu na elektrické pole a poté přeměňuje energii výsledného pole zpět na elektrický proud. Oba procesy opět probíhají každý půl cyklu. Příkladem jsou kondenzátory, baterie, synchronní motory.

POZOR! Při provozu kapacitní zátěže předbíhá proudová křivka křivku napětí o půl cyklu.

Účiník cosφ

Účiník cosφ (číst cosinus phi) je skalární fyzikální veličina, která odráží účinnost spotřeby elektrické energie. Jednoduše řečeno, koeficient cosφ ukazuje přítomnost jalové části a velikost přijímané aktivní části vzhledem k celkovému výkonu.

Koeficient cosφ se zjistí z poměru činného elektrického výkonu k celkovému elektrickému výkonu.

POZOR! Pro přesnější výpočet je třeba vzít v úvahu nelineární zkreslení sinusoidy, v konvenčních výpočtech jsou však zanedbávána.

Hodnota tohoto koeficientu se může lišit od 0 do 1 (pokud se výpočet provádí v procentech, pak od 0 % do 100 %). Z výpočtového vzorce není těžké pochopit, že čím větší je jeho hodnota, tím větší je aktivní složka, což znamená lepší výkon zařízení.

Koncept celkové moci. Trojúhelník kapacity

Zdánlivý výkon je geometricky vypočítaná hodnota rovna odmocnině součtu druhých mocnin činných a jalových výkonů. Označuje se latinským písmenem S.

Celkový výkon můžete také vypočítat vynásobením napětí a proudu.

POZOR! Zdánlivý výkon se měří ve voltampérech (VA).

Výkonový trojúhelník je vhodnou reprezentací všech dříve popsaných výpočtů a vztahů mezi činným, jalovým a zdánlivým výkonem.

Nohy odrážejí reaktivní a aktivní složky, přepona – plný výkon. Podle zákonů geometrie je kosinus úhlu φ roven poměru aktivní a celkové složky, to znamená, že je to účiník.

Jak najít činnou, jalovou a zdánlivou sílu. Příklad výpočtu

Všechny výpočty jsou založeny na výše uvedených vzorcích a mocninném trojúhelníku. Podívejme se na problém, se kterým se v praxi setkáváme nejčastěji.

Elektrické spotřebiče obvykle udávají činný výkon a hodnotu koeficientu cosφ. S těmito údaji je snadné vypočítat reaktivní a celkové složky.

Chcete-li to provést, vydělte činný výkon koeficientem cosφ a získáte součin proudu a napětí. To bude plná síla.

Dále na základě mocninového trojúhelníku zjistíme, že jalový výkon se rovná druhé mocnině rozdílu druhých mocnin celkových a činných výkonů.

Jak se cosφ měří v praxi

Hodnota součinitele cosφ bývá uvedena na štítcích elektrospotřebičů, pokud je však nutné ji v praxi měřit, používá se specializované zařízení – fázový měřič. Tento úkol hravě zvládne i digitální wattmetr.

Pokud je výsledný koeficient cosφ dostatečně nízký, lze jej prakticky kompenzovat. Toho je dosaženo především zahrnutím dalších zařízení do obvodu.

1. Pokud je nutné korigovat jalovou složku, pak by měl být do obvodu zařazen reaktivní prvek, který působí opačně než již fungující zařízení. Pro kompenzaci provozu asynchronního motoru, například indukční zátěže, je paralelně zapojen kondenzátor. Pro kompenzaci synchronního motoru je připojen elektromagnet.
2. Pokud je nutné opravit problémy s nelinearitou, zavede se do obvodu pasivní korektor cosφ, např. může to být vysokoindukční tlumivka zapojená do série se zátěží.

Výkon je jedním z nejdůležitějších ukazatelů elektrospotřebičů, takže vědět, co to je a jak se to počítá, se hodí nejen školákům a lidem specializovaným v oblasti techniky, ale také každému z nás.

Výpočet a minimalizace úbytku napětí v kabelovém vedení

Jaký je rozdíl mezi stejnosměrným a střídavým proudem a kde se používají?

Co je fázové a síťové napětí?

Převod ampérů (A) na watty (W) a wattů (W) na ampéry (A): podrobný průvodce

Ohmův zákon: Formulace, vzorce, grafická interpretace a aplikace

Co je to dělič napětí a jak jej vypočítat?