Vsi se vsak dan srečujemo z električnimi aparati, zdi se, da se naše življenje brez njih ustavi. In vsak od njih v tehničnih navodilih označuje moč. Danes bomo ugotovili, kaj je, spoznali vrste in metode izračuna.
Vsebina
Moč v tokokrogu izmeničnega toka
Električni aparati, priključeni na omrežje, delujejo v tokokrogu izmeničnega toka, zato bomo upoštevali moč v teh pogojih. Vendar pa najprej dajmo splošno definicijo pojma.
Moč - fizična količina, ki odraža hitrost pretvorbe ali prenosa električne energije.
V ožjem smislu pravijo, da je električna moč razmerje med opravljenim delom v določenem časovnem obdobju in tem časovnim obdobjem.
Če manj znanstveno parafraziramo to definicijo, se izkaže, da je moč določena količina energije, ki jo porabi potrošnik v določenem časovnem obdobju. Najpreprostejši primer je navadna žarnica z žarilno nitko. Hitrost, s katero žarnica pretvori električno energijo, ki jo porabi, v toploto in svetlobo, je njena moč. V skladu s tem višji kot je ta indikator na začetku za žarnico, več bo porabila energije in več svetlobe bo dala.
Ker v tem primeru ne gre samo za proces pretvorbe električne energije v neko drugo (svetloba, toplota itd.), pa tudi pri procesu nihanja električnega in magnetnega polja se pojavi fazni premik med tokom in napetostjo, kar je treba upoštevati pri nadaljnjih izračunih.
Pri izračunu moči v tokokrogu izmeničnega toka je običajno razlikovati aktivne, reaktivne in polne komponente.
Koncept aktivne moči
Aktivna »koristna« moč je tisti del moči, ki neposredno označuje proces pretvorbe električne energije v neko drugo energijo. Označena z latinsko črko P in merjena v vati (tor).
Izračunano po formuli: P = U⋅I⋅cosφ,
kjer sta U in I efektivna vrednost napetosti in toka vezja, cos φ je kosinus faznega kota med napetostjo in tokom.
POMEMBNO! Prej opisana formula je primerna za izračun vezij s napetost 220V, vendar močne enote običajno uporabljajo omrežje z napetostjo 380 V. V tem primeru je treba izraz pomnožiti s korenom tri ali 1,73
Koncept jalove moči
Reaktivna "škodljiva" moč je moč, ki nastane med delovanjem električnih naprav z induktivno ali kapacitivno obremenitvijo in odraža tekoča elektromagnetna nihanja. Preprosto povedano, to je energija, ki prehaja od vira energije do porabnika in se nato vrne nazaj v omrežje.
Seveda je te komponente nemogoče uporabljati v poslovanju, poleg tega na več načinov škoduje napajalnemu omrežju, zato ga običajno poskušajo nadomestiti.
Ta vrednost je označena z latinsko črko Q.
ZAPOMNITE! Reaktivna moč se ne meri v običajnih vatih (tor) in v reaktivnih volt-amperih (Var).
Izračunano po formuli:
Q = U⋅I⋅sinφ,
kjer sta U in I efektivna vrednost napetosti in toka vezja, sinφ je sinus faznega kota med napetostjo in tokom.
POMEMBNO! Pri izračunu je lahko ta vrednost pozitivna in negativna, odvisno od faznega gibanja.
Kapacitivne in induktivne obremenitve
Glavna razlika med reaktivnimi (kapacitivni in induktivni) obremenitve - dejansko prisotnost kapacitivnosti in induktivnosti, ki ponavadi shranjujeta energijo in jo kasneje dajeta omrežju.
Induktivna obremenitev pretvori energijo električnega toka najprej v magnetno polje (v pol cikla), nato pa pretvori energijo magnetnega polja v električni tok in jo odda v omrežje. Primeri so indukcijski motorji, usmerniki, transformatorji, elektromagneti.
POMEMBNO! Pri delovanju z induktivno obremenitvijo krivulja toka vedno zaostaja za krivuljo napetosti za polovico cikla.
Kapacitivna obremenitev pretvori energijo električnega toka v električno polje in nato energijo nastalega polja pretvori nazaj v električni tok.Oba procesa ponovno potekata po pol cikla. Primeri so kondenzatorji, baterije, sinhroni motorji.
POMEMBNO! Med delovanjem s kapacitivnim obremenitvijo je krivulja toka za polovico cikla višja od napetostne krivulje.
Faktor moči cosφ
Faktor moči cosφ (preberite kosinus phi) je skalarna fizikalna količina, ki odraža učinkovitost porabe električne energije. Preprosto povedano, koeficient cosφ kaže prisotnost reaktivnega dela in vrednost prejetega aktivnega dela glede na skupno moč.
Koeficient cosφ najdemo z razmerjem med aktivno električno močjo in navidezno električno močjo.
OPOMBA! Pri natančnejšem izračunu je treba upoštevati nelinearna popačenja sinusoida, vendar jih pri običajnih izračunih zanemarimo.
Vrednost tega koeficienta se lahko spreminja od 0 do 1 (če se izračun izvede v odstotkih, potem od 0% do 100%). Iz formule za izračun ni težko razumeti, da večja kot je njena vrednost, večja je aktivna komponenta, kar pomeni, da je zmogljivost naprave boljša.
Koncept popolne moči. Moč trikotnik
Navidezna moč je geometrijsko izračunana vrednost, ki je enaka korenu vsote kvadratov aktivne in jalove moči. Označeno z latinsko črko S.
Skupno moč lahko izračunate tudi tako, da pomnožite napetost in tok.
S = U⋅I
POMEMBNO! Navidezna moč se meri v volt-amperih (VA).
Trikotnik moči je priročna predstavitev vseh prej opisanih izračunov in razmerij med aktivno, jalovno in navidezno močjo.
Noge odražajo reaktivne in aktivne komponente, hipotenuza - skupno moč. Po zakonih geometrije je kosinus kota φ enak razmerju med aktivnimi in skupnimi komponentami, torej je faktor moči.
Kako najti aktivno, jalove in navidezno moč. Primer izračuna
Vsi izračuni temeljijo na prej omenjenih formulah in trikotniku moči. Poglejmo si težavo, s katero se najpogosteje srečujemo v praksi.
Običajno so električni aparati označeni z aktivno močjo in vrednostjo koeficienta cosφ. S temi podatki je enostavno izračunati reaktivne in skupne komponente.
Da bi to naredili, delimo aktivno moč s koeficientom cosφ in dobimo produkt toka in napetosti. To bo polna moč.
Nadalje na podlagi trikotnika moči ugotovimo, da je jalova moč enaka kvadratu razlike med kvadratom navidezne in aktivne moči.
Kako se meri cosφ v praksi
Vrednost koeficienta cosφ je običajno navedena na oznakah električnih naprav, če pa ga je treba izmeriti v praksi, uporabljajo specializirano napravo - merilnik faz. Tudi digitalni vatmeter se zlahka spopade s to nalogo.
Če je dobljeni koeficient cosφ dovolj nizek, ga je mogoče praktično kompenzirati. To se naredi predvsem z vključitvijo dodatnih naprav v vezje.
- Če je potrebno popraviti reaktivno komponento, je treba v vezje vključiti reaktivni element, ki deluje nasprotno od že delujoče naprave. Za kompenzacijo delovanja asinhronega motorja, na primer induktivne obremenitve, je kondenzator priključen vzporedno. Za kompenzacijo sinhronega motorja je priključen elektromagnet.
- Če je treba odpraviti težave z nelinearnostjo, se v tokokrog uvede pasivni cosφ korektor, na primer lahko je dušilka z visoko induktivnostjo povezana zaporedno z obremenitvijo.
Moč je eden najpomembnejših kazalcev električnih naprav, zato je poznavanje, kaj je in kako se izračuna, koristno ne le za šolarje in ljudi, ki se specializirajo za tehnologijo, ampak tudi za vsakega od nas.
Podobni članki:
