Izmjenjiva struja, AC napajanje - formula. DC i AC napajanje

U jednom trenutku, Edison i Tesla bili su protivnici u korištenju električne struje u elektroenergetici. Tesla je vjerovao da je potrebno koristiti izmjeničnu struju, i Edison - da morate primijeniti izravnu struju. Drugi znanstvenik imao je više prilika, jer je bio angažiran u poslovanju, ali Tesla je uspio pobijediti, jer je jednostavno bio u pravu.

ulaz

Zamjenska struja mnogo je učinkovitija za korištenje za prijenos energije. Razmotrimo kako se izračunava izmjenična struja, jer je izmjenična struja snaga koja se prenosi na daljinu.

Izračun snage

Pretpostavimo da imamo izmjenični napon generator, koji je spojen na teret. Izlazna snaga generatora, između dvije točke na stezaljkama napon varira sinusoidally i proizvoljna opterećenje uzima se: zavojnice, otpor, kondenzator, električni motor.

Struja struji u krugu opterećenja, koja varira prema harmonijskom zakonu. Naš zadatak je uspostaviti što je jednako snazi ​​opterećenja koju generacija troši. Imamo generatora na raspolaganju. Izvorni podaci su smjer unosa, koji će varirati prema skladnom pravilu:

(U (t) = U (m) cos w t)

Opterećenje je najsmjelotvorniji koncept.

Struja u opterećenju i, prema tome, u žicama koje dovode snagu do tereta, razlikuju se. Frekvencija strujnih oscilacija bit će jednaka frekvenciji napona oscilacije, ali postoji i koncept pomaka faze u intervalima strujnih i naponskih oscilacija:

(I (t) = I (m) cos w t)

Daljnji izračuni

Snaga indikatora bit će jednaka proizvodu:

P (t) = I (t) U (t)

Ovaj zakon ostaje valjan i za izmjeničnu struju s snagom koju je potrebno izračunati i za konstantu.

(I (t) = I (m) cos (wt + J)

AC snaga s izmjeničnom strujom izračunava se pomoću tri formule. Gore navedeni izračuni odnose se na osnovnu formulu koja slijedi iz definicije struje i napona.

Ako je dio lanca homogeno i može se koristiti Ohmov zakon za ovaj dio lanca, ovdje se ne mogu koristiti takvi izračuni jer ne znamo prirodu opterećenja.

Odredite rezultat

Zamjenjujemo sadašnje i naponske vrijednosti u ovoj formuli, a potom nam pomaže poznavanje trigonometrijskih formula:

cos cos = cos (a + b) + cos (a - b) / 2

Koristimo ovu formulu i dobivamo izračune:

P (t) = I (m) U (m) cos (wt + J) cos s wt

Nakon pojednostavljenja rezultata dobivamo:

(M) U (m) / 2 cos (wt + J) + I (m) U (m) cosJ

Pogledajmo ovu formulu. Ovdje prvi pojam ovisi o vremenu, mijenja se prema harmonijskom zakonu, a drugi je konstantna vrijednost. AC struja na izmjeničnoj struji sastoji se od konstante i izmjenične komponente.

Ako je snaga pozitivna, tada opterećenje izvuče energiju iz generatora. Kod negativne snage naprotiv, opterećenje untwists generator.

Pronađimo prosječnu vrijednost moći u određenom vremenskom razdoblju. Zbog toga je rad električne struje podijeljen s vrijednošću tog razdoblja.

Snaga trofaznog AC sklopa je zbroj varijable i DC komponenti.

Aktivna i jalova snaga

Mnogi fizički procesi mogu biti predstavljeni međusobnim analogijama. Na temelju toga, pokušavamo otkriti suštinu pojmova lanca aktivne snage i reaktivne izmjenično napajanje izmjeničnim krugovima.

Staklo je električna elektrana, voda je struja, cijev je kabel ili žica. Što se staklo povećava, veća je napetost ili pritisak.

Parametri snage u AC mreži aktivnog ili reaktivnog tipa ovise o onim elementima koji troše takvu energiju. Aktivno - energija induktiviteta i kapaciteta.

Pokažimo je na kondenzatoru, kontejneru i staklu. Aktivni su oni elementi koji mogu pretvoriti energiju u drugu vrstu. Na primjer, u toplini (željezo), svjetlo (žarulja), pokret (motor).

Reaktivna energija

Kad simulira reaktivnu energiju, napon se povećava, a kapacitet se napuni. Kako se napon smanjuje, pohranjena energija vraća se kroz žicu natrag u elektranu. To se ponavlja ciklički.

Samo značenje reaktivnih elemenata je akumulacija energije koja se vraća natrag ili se koristi za druge funkcije. Ali to se ne gubi. Glavni nedostatak ovog derivata je da je virtualna linija na kojoj, kao što su energija, opirao, a proveo posto uštede.

Puno snage AC strujnog kruga zahtijeva troškove određenog postotka napora. Iz tog razloga, velika poduzeća se bore s reaktivnom komponentom punog kapaciteta.

Aktivna snaga je energija koja se troši ili pretvara u druge vrste - svjetlost, toplinu, gibanje, to jest, u neku vrstu posla.

iskustvo

Za eksperiment, uzmite staklo, koje služi kao aktivna komponenta moći. Ona predstavlja dio energije koja treba konzumirati ili pretvoriti u drugu vrstu.

Možeš piti malo energije vode. Puni AC faktor snage - mjerni podatak koji se sastoji od reaktivnih i aktivnih sastojaka: energija koja prolazi kroz cijev za vodu i što preveden.

Što čini ukupna snaga u našoj analogiji? Dio vode je pijan, a ostatak će nastaviti raditi duž cijevi. Budući da imamo kapacitivna jalova element - kondenzator ili spremnik, kap vode i početi simulirati rast i smanjiti napon. Može se vidjeti kako voda teče u dva smjera. Zbog toga se u tom procesu koriste i aktivne i reaktivne komponente. Zajedno, to je ukupna snaga.

Pretvorba energije

Aktivna snaga se pretvara u drugu vrstu energije, na primjer, u mehaničkom pokretu ili grijanju. Reaktivna snaga, koja se nakuplja u reaktivni element, kasnije se vraća natrag.

Ukupna snaga je geometrijski zbroj aktivne i jalove snage.

Za izračun koristimo trigonometrijske funkcije. Fizičko značenje izračuna je kako slijedi. Uzmi pravokutni trokut u kojem je jedna strana 90 stupnjeva. Jedna od stranaka je njegova hipotenuzu. Postoji konturan i suprotan od pravog kuta nogu.

Kosin je predstavljen odnosom koji određuje duljinu susjedne noge u odnosu na dužinu hipotenuze.

Sinus kut je vrsta odnosa koja je duljina suprotne noge u odnosu na hipotenuzu. Poznavanje kuta i dužine obje strane možete izračunati sve ostale kutove i duljinu.

U ovom trokutu možete poduzeti duljinu hipotenuse i susjedne noge i izračunati taj kut pomoću trigonometrijske kosinusne funkcije. Moć DC i AC izračunava se korištenjem takvog znanja.

Da biste izračunali kut, možete primijeniti inverznu funkciju kosinus. Dobivamo potrebni rezultat izračuna. Da biste izračunali duljinu suprotne noge, možete izračunati sinus i dobiti odnos suprotne noge s hipotenuzom.

U ovom opisu predlaže se izračunavanje snage AC sklopa s formulom.

U DC krugovima, snaga je proizvod napona po struji. U AC sklopovima, ovo pravilo također funkcionira, ali njezino tumačenje neće biti potpuno ispravno.

induktanca

Pored aktivnih elemenata, reaktivni elementi - induktivnost i kapacitivnost. U DC krugovima, gdje amplituda vrijednost napona struje ne varira s vremenom, rad ovog otpora će se dogoditi samo u vremenu. Induktivnost i kapacitet mogu nepovoljno utjecati na mrežu.

Radna snaga, koja ima trofazni izmjenični strujni krug može obavljati koristan rad, a reaktivni ne čini nikakvu koristan rad, ali samo koristi za prevladavanje induktivitet i kapacitet reaktancije.

Pokušat ćemo ispuniti iskustvo. Uzmite izvor izmjeničnog napona od 220 wata s frekvencijom od 50 Hz, senzorom napona i strujnog izvora, opterećenjem aktivnim 1Ω i induktivnim otporom od 1Ω.

Također postoji sklopka koja će u određenom trenutku biti spojena, aktivni kapacitivni teret. Počnimo ovaj sustav. Zbog praktičnosti uvodimo koeficijente ispravljanja napona.

Pokretanje uređaja

Kada pokrenete uređaj, možete vidjeti da se napon i struja mreže ne podudaraju u fazi. Postoji prijelaz kroz 0, pri čemu postoji kut - faktor snage mreže. Što je ovaj kut manji, to je veći faktor snage, koji je naznačen na svim AC uređajima, na primjer, električnim strojevima ili zavarivačkim transformatorima.

Kut ovisi o vrijednosti otpora induktivnog opterećenja. Kad smanjuje promjenu smanjuje se struja mreže. Zamislite da se otpor svitka ne može smanjiti, ali je potrebno poboljšati kosinus mreže. Za to su potrebni kondenzatori koji, za razliku od induktiviteta, nadmašuju napon i mogu međusobno nadoknaditi jalovu snagu.

Veza točka kondenzatora od 0,05 s oštrim smanjenje kosinusu skoro na 0. Također je oštar pad struje, koja kondenzatora nema amplituda vrijednost je znatno niža nego kad je kondenzatorske baterije.

Zapravo, spajanjem kondenzatorske banke, bilo je moguće smanjiti snagu struje koja se troši iz mreže. Ovo je pozitivan trenutak i omogućuje smanjenje struje mreže i uštedu poprečnog presjeka kabela, transformatora, energetske opreme.

Ako postoji isključenje induktivnih opterećenja i otpora će se dogoditi proces kada je kosinus mreže će dovesti do fazni pomak i velikim strujnim impulsima, koji ide na mrežu, a ne konzumira od njega, što se događa u generator modu jalove snage nakon spajanja kondenzatora.

rezultati

Aktivna snaga ponovno ostaje konstantna i jednaka nuli, jer nema induktivnog otpora. Počeo je proces stvaranja jalove snage u mreži.

Stoga, kako bi se nadoknadila jalove snage na velike poduzetnike, to troši ogromne količine energije sustava - Prioritetno, kao što vam omogućuje da spremite ne samo na opremu, ali i na cijenu platiti za većinu jalove snage.

Ovaj koncept je reguliran, a tvrtka plaća i potrošenu i generiranu kapacitet. Ovdje se instaliraju automatski kompenzatori koji podržavaju ravnotežu snage na određenoj razini.

Kada onemogućite snažan opterećenje, ako ne i isključen iz napajanja kompenzaciju uređaja će biti generacija jalove snage u mreži, što će stvoriti probleme u elektroenergetskom sustavu.

U svakodnevnom životu, kompenzacija reaktivne snage nema smisla jer potrošnja energije ovdje je znatno niža.

Aktivna i jalova snaga su pojmovi školskog kolegija fizike.