Всички се натъкваме на електрически уреди всеки ден, сякаш животът ни спира без тях. И всеки от тях в техническите инструкции посочва мощността. Днес ще разберем какво е, ще научим видовете и методите на изчисление.
Съдържание
Захранване във верига с променлив ток
Електрическите уреди, свързани към мрежата, работят в верига с променлив ток, така че ще разгледаме мощността в тези условия. Но първо, нека дадем обща дефиниция на понятието.
Мощност - физическа величина, която отразява скоростта на преобразуване или предаване на електрическа енергия.
В по-тесен смисъл те казват, че електрическата мощност е съотношението на извършената работа за определен период от време към този период от време.
Ако перифразираме тази дефиниция по-малко научно, се оказва, че мощността е определено количество енергия, което се консумира от потребителя за определен период от време. Най-простият пример е обикновена лампа с нажежаема жичка. Скоростта, с която една електрическа крушка преобразува електричеството, което консумира, в топлина и светлина, е нейната мощност. Съответно, колкото по-висок е първоначално този индикатор за една крушка, толкова повече ще консумира енергия и толкова повече светлина ще даде.
Тъй като в този случай има не само процес на преобразуване на електричество в някакъв друг (светлинни, термични и др.), но и при процеса на трептене на електрическото и магнитното поле се появява фазово изместване между тока и напрежението, което трябва да се вземе предвид при по-нататъшни изчисления.
При изчисляване на мощността във верига с променлив ток е обичайно да се разграничават активни, реактивни и пълни компоненти.
Концепцията за активна мощност
Активната "полезна" мощност е тази част от мощността, която директно характеризира процеса на преобразуване на електрическата енергия в друга енергия. Обозначава се с латинската буква P и се измерва в ватове (вт).
Изчислено по формулата: P = U⋅I⋅cosφ,
където U и I са средноквадратична стойност на напрежението и тока на веригата, съответно, cos φ е косинусът на фазовия ъгъл между напрежението и тока.
ВАЖНО! Формулата, описана по-рано, е подходяща за изчисляване на вериги с напрежение 220V, обаче, мощните устройства обикновено използват мрежа с напрежение 380V. В този случай изразът трябва да се умножи по корен от три или 1,73
Концепцията за реактивна мощност
Реактивната "вредна" мощност е мощността, която се генерира по време на работа на електрически уреди с индуктивен или капацитивен товар и отразява продължаващите електромагнитни трептения. Най-просто казано, това е енергията, която преминава от източника на енергия към потребителя и след това се връща обратно в мрежата.
Разбира се, невъзможно е да се използва този компонент в бизнеса, освен това той вреди на захранващата мрежа по много начини, поради което обикновено се опитват да го компенсират.
Тази стойност се обозначава с латинската буква Q.
ПОМНЯ! Реактивната мощност не се измерва в конвенционални ватове (вт) и в реактивни волт-ампери (Вар).
Изчислено по формулата:
Q = U⋅I⋅sinφ,
където U и I са средноквадратична стойност на напрежението и тока на веригата, съответно, sinφ е синусът на фазовия ъгъл между напрежението и тока.
ВАЖНО! При изчисляване тази стойност може да бъде както положителна, така и отрицателна, в зависимост от фазовото движение.
Капацитивни и индуктивни товари
Основната разлика между реактивни (капацитивни и индуктивни) товари - всъщност наличието на капацитет и индуктивност, които са склонни да съхраняват енергия и по-късно да я предават на мрежата.
Индуктивният товар преобразува енергията на електрическия ток първо в магнитно поле (по време на половин половин цикъл), и след това преобразува енергията на магнитното поле в електрически ток и го предава към мрежата. Примери са асинхронни двигатели, токоизправители, трансформатори, електромагнити.
ВАЖНО! Когато работите с индуктивен товар, кривата на тока винаги изостава от кривата на напрежението с половин цикъл.
Капацитивен товар преобразува енергията на електрически ток в електрическо поле и след това преобразува енергията на полученото поле обратно в електрически ток.И двата процеса отново протичат за половин полупериод всеки. Примери са кондензатори, батерии, синхронни двигатели.
ВАЖНО! По време на работа с капацитивен товар, кривата на тока изпреварва кривата на напрежението с половин цикъл.
Коефициент на мощност cosφ
Коефициент на мощност cosφ (прочетете косинус фи) е скаларна физическа величина, отразяваща ефективността на консумацията на електрическа енергия. Най-просто казано, коефициентът cosφ показва наличието на реактивна част и стойността на получената активна част спрямо общата мощност.
Коефициентът cosφ се намира чрез съотношението на активната електрическа мощност към привидната електрическа мощност.
ЗАБЕЛЕЖКА! При по-точно изчисление трябва да се вземат предвид нелинейните изкривявания на синусоидата, но те се пренебрегват при конвенционалните изчисления.
Стойността на този коефициент може да варира от 0 до 1 (ако изчислението се извършва като процент, тогава от 0% до 100%). От формулата за изчисление не е трудно да се разбере, че колкото по-голяма е неговата стойност, толкова по-голям е активният компонент, което означава, че производителността на устройството е по-добра.
Концепцията за тотална власт. Силов триъгълник
Привидната мощност е геометрично изчислена стойност, равна на корена от сбора на квадратите съответно на активната и реактивната мощност. Обозначен с латинската буква S.
Можете също да изчислите общата мощност, като умножите съответно напрежението и тока.
С = U⋅I
ВАЖНО! Привидната мощност се измерва във волт-ампери (VA).
Мощният триъгълник е удобно представяне на всички по-горе описани изчисления и връзки между активна, реактивна и привидна мощност.
Краката отразяват реактивните и активните компоненти, хипотенузата - общата мощност. Според законите на геометрията косинусът на ъгъла φ е равен на съотношението на активния и общия компонент, тоест е факторът на мощността.
Как да намерите активна, реактивна и привидна мощност. Пример за изчисление
Всички изчисления се основават на гореспоменатите формули и триъгълника на мощността. Нека разгледаме най-често срещания проблем на практика.
Обикновено електрическите уреди са маркирани с активна мощност и стойността на коефициента cosφ. С тези данни е лесно да се изчислят реактивните и общите компоненти.
За да направите това, разделяме активната мощност на коефициента cosφ и получаваме произведението на тока и напрежението. Това ще бъде пълна мощност.
Освен това, въз основа на триъгълника на мощността, намираме реактивната мощност, равна на квадрата на разликата между квадратите на привидната и активната мощност.
Как cosφ се измерва на практика
Стойността на коефициента cosφ обикновено се посочва на етикетите на електрическите уреди, но ако е необходимо да се измери на практика, те използват специализирано устройство - фазомер. Също така, цифров ватметър може лесно да се справи с тази задача.
Ако полученият коефициент cosφ е достатъчно нисък, той може да бъде практически компенсиран. Това става главно чрез включване на допълнителни устройства във веригата.
- Ако е необходимо да се коригира реактивният компонент, тогава във веригата трябва да се включи реактивен елемент, действащ противоположно на вече функциониращото устройство. За да се компенсира работата на асинхронен двигател, например индуктивен товар, кондензаторът е свързан паралелно. За компенсиране на синхронния двигател е свързан електромагнит.
- Ако е необходимо да се коригират проблеми с нелинейността, във веригата се въвежда пасивен cosφ коректор, например, това може да бъде дросел с висока индуктивност, свързан последователно с товара.
Мощността е един от най-важните показатели за електрическите уреди, така че познаването какво представлява и как се изчислява е полезно не само за ученици и хора, специализирани в технологиите, но и за всеки от нас.
Подобни статии:
