Bir elektrik akımının gücünün işi nedir? Akım, voltaj, güç: elektriğin temel özellikleri

Siteyi yer imlerine ekle

güç kavramı elektrik akımı

Elektrik akımı gücü

Elektrik gücünden bahsetmeden önce güç kavramını kısaca açıklamak gerekir. Genel anlamda. Genellikle insanlar güç hakkında konuştuklarında, şu veya bu nesnenin sahip olduğu bir tür güç (güçlü bir elektrik motoru) veya bir eylem (güçlü bir patlama) anlamına gelir.

Ancak okul fiziğinden bildiğimiz gibi, güç ve güç, bir bağımlılıkları olmasına rağmen farklı kavramlardır.

Başlangıçta güç (N), belirli bir olayla (eylem) ilgili bir özelliktir ve belirli bir nesneye bağlıysa, o zaman güç kavramı da geleneksel olarak onunla ilişkilidir. Herhangi bir fiziksel eylem, kuvvetin etkisini ima eder. Belirli bir yolun (S) katedildiği kuvvet (F), yapılan işe (A) eşit olacaktır. Ve yapılan iş için kesin zaman(t) ve güce eşit olacaktır.

Güç, belirli bir süre içinde yapılan işin aynı süreye oranına eşit olan fiziksel bir niceliktir. İş, enerji değişiminin bir ölçüsü olduğu için şunu da söyleyebiliriz: güç, sistemin enerji dönüşüm oranıdır.

Mekanik güç kavramını ele aldıktan sonra, elektrik gücünün (elektrik akımının gücü) değerlendirilmesine geçebiliriz. Bildiğiniz gibi U 1 C hareket ettirilerek yapılan iş, akım I ise 1 saniyede geçen kulomb sayısıdır. Dolayısıyla akım ve gerilimin çarpımı, 1 saniyede yapılan toplam işi, yani elektrik gücünü veya elektrik akımının gücünü gösterir.

Yukarıdaki formülü inceleyerek çok basit bir sonuca varabiliriz: P elektrik gücü, I akımına ve U voltajına eşit derecede bağlı olduğundan, bu nedenle, aynı elektrik gücü hem yüksek akımda hem de düşük voltajda elde edilebilir. veya tam tersi , yüksek voltajda ve düşük akımda (bu, elektriği güç santrallerinden tüketim yerlerine uzak mesafelerde yükseltici ve düşürücü elektrik trafo merkezlerinde trafo dönüşümü ile iletirken kullanılır).

Aktif elektrik gücü (bu, geri alınamaz bir şekilde diğer enerji türlerine - termal, ışık, mekanik vb. Dönüştürülen güçtür) kendi ölçü birimine sahiptir - W (Watt). 1 A başına 1 V ürününe eşittir. Günlük yaşamda ve üretimde, gücü kW (kilovat, 1 kW = 1000 W) cinsinden ölçmek daha uygundur. Enerji santralleri zaten daha büyük birimler kullanıyor - mW (megavat, 1 mW = 1000 kW = 1.000.000 W).

Reaktif elektrik gücü, elektromanyetik alanın enerji dalgalanmaları (endüktif ve kapasitif doğa) tarafından cihazlarda (elektrikli ekipman) oluşturulan elektrik yükünün türünü karakterize eden bir değerdir. Normal için alternatif akımçalışma akımı I ile gerilim düşümü U çarpı aralarındaki faz açısının sinüsünün çarpımına eşittir: Q = U×I×sin(açı). Reaktif güç, VAr (volt-amper reaktif) adı verilen kendi ölçüm birimine sahiptir. Q harfi ile gösterilir.

Aktif ve reaktif elektrik gücü örnek olarak ifade edilebilir: Isıtıcı elemanları ve bir elektrik motoru olan bir elektrikli cihaz verilmiştir. Isıtıcılar genellikle yüksek dirençli malzemeden yapılır. Isıtma elemanından bir elektrik akımı geçtiğinde, elektrik enerjisi tamamen ısıya dönüşür. Böyle bir örnek aktif elektrik gücünün tipik bir örneğidir.

Bu cihazın elektrik motorunun içinde bakır sargı vardır. Bu bir endüktans. Ve bildiğimiz gibi, endüktans kendi kendine endüksiyon etkisine sahiptir ve bu, elektriğin kısmen şebekeye geri dönmesine katkıda bulunur. Bu enerjinin akım ve gerilim değerlerinde bir miktar kayması vardır, bu da Negatif etkişebekeye (ek olarak aşırı yükleme).

Kapasitans (kapasitörler) benzer yeteneklere sahiptir. Şarj biriktirebilir ve geri verebilir. Kapasitans ve endüktans arasındaki fark, akım ve gerilim değerlerinin birbirine göre zıt yer değiştirmesidir. Bu tür kapasitans ve endüktans enerjisi (besleme ağının değerine göre fazda kaydırılır) aslında reaktif elektrik gücü olacaktır.

Elektrik gücünü düşünmeden önce, fiziksel bir kavram olarak genel olarak gücün ne olduğuna karar verilmelidir. Genellikle bu değerden bahsetmişken, bir nesnenin sahip olduğu belirli bir iç enerji veya kuvvet anlamına gelir. Bu, motor veya eylem (patlama) gibi bir cihazın gücü olabilir. Güç ile karıştırılmamalıdır, çünkü çeşitli kavramlar, birbirlerine biraz bağımlı olsalar da. Herhangi bir fiziksel eylem, kuvvetin etkisi altında gerçekleştirilir. Onun yardımıyla belli bir yol yapılıyor yani iş yapılıyor. Buna karşılık, belirli bir t süresi boyunca yapılan A işi, aşağıdaki formülle ifade edilen güç değeri olacaktır: N \u003d A / t (W \u003d J / s).

Başka bir güç kavramı, belirli bir sistemin enerji dönüşüm oranı ile ilgilidir. Bu dönüşümlerden biri de elektrik akımının gücüdür ve yardımıyla pek çok çeşitli işler. Her şeyden önce, faydalı eylemler gerçekleştiren elektrik motorları ve diğer cihazlarla ilişkilidir.

elektrik akımının gücü nedir

Mevcut güç, aynı anda birkaç fiziksel nicelikle ilişkilidir. Gerilim (U), 1 kolyeyi hareket ettirmek için yapılan iştir. Mevcut güç (I), 1 saniyede geçen coulomb sayısına karşılık gelir. Böylece, gerilimle çarpılan akım (I x U) şuna karşılık gelir: tam iş 1 saniyede tamamlandı. Ortaya çıkan değer, elektrik akımının gücü olacaktır.

Mevcut güç için yukarıdaki formül, gücün akım gücü ve gerilime aynı şekilde bağlı olduğunu göstermektedir. Bu parametrenin aynı değerinin şu şekilde elde edilebileceğini takip eder: yüksek akım ve düşük voltaj ve tersi yüksek voltaj ve düşük akım. Bu özellik, elektriği kaynaktan tüketicilere uzun mesafeler boyunca iletmenizi sağlar. İletim sürecinde, akım, yükseltici ve düşürücü trafo merkezlerinde kurulan transformatörler kullanılarak dönüştürülür.

İki ana elektrik gücü türü vardır -. İlk durumda, elektrik akımının gücünün mekanik, ışık, termal ve diğer enerji türlerine geri alınamaz bir dönüşümü vardır. Bunun için kullanılan ölçü birimi watt'tır. 1W = 1V x 1A. Üretimde ve günlük yaşamda daha büyük değerler kullanılır - kilovat ve megavat.

Reaktif güç, elektromanyetik alan enerjisinin endüktif ve kapasitif salınımları nedeniyle cihazlarda oluşturulan böyle bir elektrik yükünü ifade eder. Alternatif akımda bu değer, aşağıdaki formülle ifade edilen bir çarpımdır: Q \u003d U x I x sin (açı). Açının sinüsü, çalışma akımı ile gerilim düşüşü arasındaki faz kayması anlamına gelir. Q, Var - reaktif volt-amper cinsinden ölçülen reaktif güçtür. Bu hesaplamalar, bir elektrik akımının gücünün nasıl bulunacağı sorusunu etkili bir şekilde çözmeye yardımcı olur ve bunun için var olan formül, hızlı bir şekilde hesaplamalar yapmanızı sağlar.

Her iki kapasite de açıkça görülebilir basit örnek. Herhangi bir elektrikli cihaz, ısıtma elemanları - ısıtma elemanları ve bir elektrik motoru ile donatılmıştır. Isıtma elemanlarının üretimi için direnci yüksek bir malzeme kullanılır, bu nedenle içinden akım geçtiğinde tüm elektrik enerjisi ısıya dönüşür. Bu örnek aktif elektrik gücünü çok doğru bir şekilde karakterize eder.

Elektrik motoruna gelince, içinde endüktanslı bir bakır sargı vardır ve bu da kendi kendine endüksiyon etkisine sahiptir. Bu etki nedeniyle elektriğin şebekeye kısmen geri dönüşü vardır. Geri dönen enerji, elektrik şebekesi üzerinde ek aşırı yükler şeklinde olumsuz bir etkiye sahip olan voltaj ve akım parametrelerinde küçük bir kayma ile karakterize edilir.

Kondansatörler, biriken yük geri verildiğinde elektriksel kapasitansları nedeniyle aynı özelliklere sahiptir. Burada akım ve gerilim değerleri de sadece ters yönde kaydırılır. Mevcut elektrik şebekesinin değerlerine göre faz kayması olan bu endüktans ve kapasitans enerjisi, tam olarak reaktif elektrik gücüdür. Endüktans ve kapasitansın faz kaymasına göre ters etkisi nedeniyle, reaktif güç kompanzasyonu yapmak mümkün hale gelir, böylece güç kaynağının verimliliği ve kalitesi artar.

Bir elektrik akımının gücünü hesaplamak için hangi formül kullanılır?

Elektrik akımının gücünün neye eşit olduğu sorusunun doğru ve doğru çözümü, elektrik kablolarının güvenli çalışmasını sağlamada, tel ve kabloların yanlış seçilmiş bir bölümünden kaynaklanan yangınları önlemede belirleyici bir rol oynar. Aktif bir devrede akımın gücü, akımın ve voltajın gücüne bağlıdır. Mevcut gücü ölçmek için bir cihaz var - bir ampermetre. Ancak, bu cihazı kullanmak her zaman mümkün değildir, özellikle bina projesi hala çizilirken ve elektrik devresi mevcut değilken. Bu gibi durumlar için özel bir hesaplama yöntemi sağlanır. Akım gücü, güç değerleri, şebeke gerilimi ve yükün niteliği varlığında formülle belirlenebilir.

Akım ve voltajın sabit değerlerine uygulanan akım gücü için bir formül vardır: P \u003d U x I. Akım ve voltaj arasında bir faz kayması varlığında, hesaplamalar için başka bir formül kullanılır: P \u003d U x ben x çünkü φ. Ayrıca devreye alınması programlanmış ve ağa bağlı tüm cihazların güçleri toplanarak güç önceden belirlenebilir. Bu veriler, cihazlar ve ekipman için teknik veri sayfalarında ve kullanım kılavuzlarında mevcuttur.

Böylece, bir elektrik akımının gücünü belirleme formülü, akım gücünü hesaplamanıza izin verir. tek fazlı ağ: I = P/(U x cos φ) burada cos φ güç faktörüdür. Üç fazlı bir elektrik şebekesinin varlığında, akım gücü aynı formül kullanılarak hesaplanır, buna yalnızca 1,73'lük bir faz katsayısı eklenir: I \u003d P / (1,73 x U x cos φ). Güç faktörü tamamen planlanan yükün yapısına bağlıdır. Sadece aydınlatma lambaları veya ısıtma cihazları kullanması gerekiyorsa, o zaman bir olacaktır.

Aktif yüklerde reaktif bileşenlerin varlığında, güç faktörü zaten 0,95 olarak kabul edilir. Ne tür kablolamanın kullanıldığına bağlı olarak bu faktör dikkate alınmalıdır. Araç ve gereçler yeterli ise yüksek güç, o zaman katsayı 0,8 olacaktır. İlgilendirir Kaynak makineleri, elektrik motorları ve diğer benzer cihazlar.

Tek fazlı akım varlığında yapılan hesaplamalar için gerilim değerinin 220 volt olduğu varsayılır. Varsa, hesaplanan voltaj 380 volt olacaktır. Ancak en doğru sonuçların alınabilmesi için hesaplamalarda özel cihazlarla ölçülen gerçek gerilim değerinin kullanılması gerekmektedir.

Akımın gücünü ne belirler

Akımın gücü, çeşitli cihazlar ve ekipman hemen iki ana miktara bağlıdır - ve. Akım ne kadar yüksek olursa, sırasıyla güç değeri o kadar yüksek olur, voltajdaki artışla güç de artar. Gerilim ve akım aynı anda artarsa, elektrik akımının gücü her iki miktarın ürünü olarak artacaktır: N \u003d I x U.

Çoğu zaman şu soru ortaya çıkar, ölçülen mevcut güç nedir? Bu değerin temel birimi (W)'dir. Böylece 1 watt, 1 voltluk bir voltajda 1 amperlik bir akım tüketen bir cihazın gücüdür. Böyle bir güç, örneğin sıradan bir el fenerinden bir ampule sahiptir.

Hesaplanan güç değeri, tüketimi doğru bir şekilde belirlemenizi sağlar elektrik enerjisi. Bunu yapmak için, güç ve zamanın ürününü almanız gerekir. Formülün kendisi şöyle görünür: W \u003d IUt, burada W elektrik tüketimidir, IU'nun ürünü güçtür ve t çalışılan süredir. Örneğin, bir elektrik motorunun çalışması ne kadar uzun sürerse, büyük iş Onlar bitirdi. Buna bağlı olarak elektrik tüketimi de artmaktadır.

Elektrikli ekipmanı tasarlarken ve kabloları ve çalıştırma ve koruyucu ekipmanı hesaplarken, elektrikli ekipmanın gücünü ve akımını doğru hesaplamak önemlidir. Bu makalede, bu ayarların nasıl bulunacağı açıklanmaktadır.

güç nedir

Bir elektrikli ısıtıcı veya elektrik motoru çalışırken, ısı üretir veya birimi 1 joule (J) olan mekanik iş yapar.

Elektrikli ekipmanın ana özelliklerinden biri- güç, 1 saniyede yapılan ısı veya iş miktarını gösterir ve watt (W) cinsinden ifade edilir:

1W=1J/1s.

Elektrik mühendisliğinde, 1A'lık bir akım 1V'luk bir voltajdan geçtiğinde 1W açığa çıkar:

Ohm yasasına göre, yük direncini ve akımı veya gerilimi bilerek de güç bulabilirsiniz:

P=U*I=I*I*R=(U*U)/R, burada:

• P (W) - elektrikli cihazın gücü;
• I (A), cihazdan geçen akımdır;
• R (Ohm) - aparat direnci;
• U (V) - voltaj.

Nominal güç, ağın nominal parametrelerinde ve motor mili üzerindeki nominal yükte çağrılır.

Tüm çalışma süresi boyunca tüketilen elektrik miktarını bulmak için cihazın çalıştığı süre ile çarpılmalıdır. Öğrenilen değer kWh cinsinden ölçülür.

AC ve DC gerilim şebekelerinde hesaplama

Elektrikli cihazları besleyen elektrik şebekesi üç tip olabilir:

• sabit basınç;
• değişken tek fazlı;
• değişken üç fazlı.

Her hesaplama türü için kendi güç formülü kullanılır.

DC gerilim şebekesinde hesaplama

En basit hesaplamalar Elektrik şebekesinde üretilen doğru akım. Kendisine bağlı elektrikli cihazların gücü, akım ve gerilim ile doğru orantılıdır ve onu bulmak için aşağıdaki formül kullanılır:

Örneğin, 220 V'luk bir güç kaynağına bağlı 4,55 A nominal akıma sahip bir elektrik motorunda, güç 1000 watt veya 1 kW'dır.

Tersine, bilinen şebeke voltajı ve gücü ile akım şu formülle hesaplanır:

Tek fazlı yükler

Elektrik motorlarının olmadığı bir ağda ve bir ev elektrik şebekesinde, DC voltaj şebekesi için formülleri kullanabilirsiniz.

İlginç. 220V ev elektrik şebekesinde akım, basitleştirilmiş bir formül kullanılarak hesaplanabilir: 1kW = 5A.

AC gücünün hesaplanması daha zordur. Bu cihazlar, aktif olana ek olarak, tüketir jet enerjisi ve formül:

cihazın toplam güç tüketimini gösterir. Aktif bileşeni bulmak için cosφ'yi hesaba katmanız gerekir.- paylaşımı gösteren bir parametre aktif enerji dolu:

Ract \u003d Rtoplam * cosφ \u003d U * I * cosφ.

Buna göre Рtotal=Ract/cosφ.

Örneğin Pakt 1kW ve cosφ 0,7 olan bir elektrik motorunda cihazın tükettiği toplam enerji 1,43kW, akım ise 6,5A olacaktır.

Üç fazlı bir ağda hesaplama

Üç fazlı bir elektrik şebekesi, üç tek fazlı şebeke olarak temsil edilebilir. Ancak tek fazlı şebekelerde nötr ve faz telleri arasında ölçülen “faz voltajı” (Uf) kavramı 0,4 kV şebekede 220V'a eşittir. Üç fazlı güç şebekelerinde, "faz" yerine, hat kabloları arasında ve 0,4 kV şebekede ölçülen, 380V'a eşit olan "hat gerilimi" (Ulin) kavramı kullanılır:

Uline=Uf√3.

Bu nedenle, örneğin bir elektrikli kazan gibi aktif bir yükün formülü şöyle görünür:

Elektrik motorunun gücünü belirlerken cosφ'yi hesaba katmak gerekir, ifade aşağıdaki şekli alır:

P=U*I*√3*cosφ.

Pratikte bu parametre genellikle bilinir ve akımı bilmek gerekir. Bunun için aşağıdaki ifade kullanılır:

I=P/(U*√3*cosφ).

Örneğin 3kW (3000W) elektrik motoru ve cosφ 0,7 için hesaplama şu şekildedir:

I=3000/(380*√3*0,7)=5,8A.

İlginç. Hesaplamalar yerine, üç fazlı bir 380V şebekede 1kW'nin 2A'ya karşılık geldiğini varsayabiliriz.

Beygir gücü

Bazı durumlarda, arabaların gücü belirlenirken, modası geçmiş ölçü birimi "beygir gücü" kullanılır.

Bu birim, 1789'da güç birimi 1 watt'ın adını aldığı James White tarafından tanıtıldı. Bir atın yerini alabilecek bir pompa için bir buhar motoru yapması için bir bira üreticisi tarafından işe alındı. Ne tür bir motora ihtiyaç duyulduğunu belirlemek için bir at aldılar ve onu su pompalamak için kullandılar.

Bira üreticisinin en güçlü atı alıp dinlenmeden çalışmaya zorladığına inanılıyor. Atın gerçek gücü 1,5 kat daha azdır.

Modern insan, günlük yaşamda ve işte sürekli olarak elektrikle karşılaşır, elektrik akımı tüketen ve onu üreten cihazları kullanır. Onlarla çalışırken, teknik özelliklerde yerleşik olan yeteneklerini hesaba katmak her zaman gereklidir.

Herhangi bir elektrikli cihazın ana göstergelerinden biri, aşağıdaki gibi fiziksel bir miktardır: elektrik gücü. Buna, elektriğin üretim yoğunluğu veya hızı, iletimi veya diğer enerji türlerine, örneğin termal, hafif, mekanik olarak adlandırılması gelenekseldir.

Endüstriyel amaçlar için büyük elektrik güçlerinin taşınması veya iletilmesi tarafından gerçekleştirilir.

Dönüşüm, trafo merkezlerinde gerçekleştirilir.

Elektrik tüketimi evsel ve endüstriyel cihazlar çeşitli amaçlar için. Yaygın türlerinden biri.

Elektrik gücü DC ve AC devrelerindeki jeneratörler, güç hatları ve tüketiciler aynı fiziksel anlama sahiptir ve bu aynı zamanda bileşik sinyallerin şekline bağlı olarak farklı oranlarla ifade edilir. Tanıtılan genel kalıpları belirlemek için anlık değer kavramları. Elektriğin dönüşüm oranının zamana bağımlılığını bir kez daha vurguluyorlar.

Anlık elektrik gücünün belirlenmesi

Teorik elektrik mühendisliğinde akım, gerilim ve güç arasındaki temel ilişkileri türetmek için bunların gösterimleri, belirli bir anda sabitlenen anlık değerler şeklinde kullanılır.

Çok kısa bir süre içinde ∆t bir birim temel yük q, U geriliminin etkisi altında “1” noktasından “2” noktasına hareket ederse, bu noktalar arasındaki potansiyel farka eşit çalışır. Bunu ∆t zaman aralığına bölerek, Pe(1-2) birim yükü için anlık güç ifadesini elde ederiz.

Uygulanan voltajın etkisi altında, yalnızca tek bir yük değil, aynı zamanda bu kuvvetin etkisi altındaki tüm komşular hareket ettiğinden, bunların sayısı uygun bir şekilde Q sayısı ile temsil edilir, o zaman onlar için anlık güç değeri PQ ( 1-2) yazılabilir.

Basit dönüşümler yaptıktan sonra, P gücü ve onun anlık değerinin p(t) anlık akım i(t) ve gerilim u(t) çarpımının bileşenlerine bağımlılığı için bir ifade elde ederiz.

DC elektrik gücünün belirlenmesi

Devre bölümündeki gerilim düşüşünün ve içinden geçen akımın büyüklüğü değişmez ve anlık değerlere eşit sabit kalır. Bu nedenle, açıklayıcı resimde gösterildiği gibi, bu değerleri çarparak veya mükemmel çalışma A'yı yürütme süresine bölerek bu devredeki gücü belirleyebilirsiniz.

AC elektrik gücünün belirlenmesi

İletilen akımların ve gerilimlerin sinüzoidal değişim yasaları elektrik ağları, bu tür devrelerde gücün ifadesine etkilerini empoze eder. Burada güç üçgeni ile tanımlanan ve aktif ve reaktif bileşenlerden oluşan tam güç çalışır.

Sinüzoidal elektrik akımı, tüm bölümlerde karışık tipte yüklere sahip elektrik hatlarından geçerken harmoniğinin şeklini değiştirmez. Ve reaktif yüklerdeki gerilim düşümü, fazda belirli bir yönde kayar. Anlık değerlerin ifadeleri, uygulanan yüklerin devredeki güç değişimi ve yönü üzerindeki etkisini anlamaya yardımcı olur.

Aynı zamanda, jeneratörden tüketiciye akım akışının yönünün ve oluşturulan devre üzerinden iletilen gücün tamamen farklı şeyler olduğuna dikkat edin, bu bazı durumlarda sadece çakışmayabilir, aynı zamanda yönlendirilebilir. zıt yönlerde.

Bu ilişkileri ideal, saf tezahürlerinde düşünün. farklı şekiller yükler:

aktif;

kapasitif;

endüktif.

Dirençli bir yükte güç dağılımı

Jeneratörün, devrenin tamamen aktif direncine uygulanan ideal bir voltaj sinüs dalgası u ürettiğini varsayıyoruz. Ampermetre A ve voltmetre V, her t zamanında I akımını ve U voltajını ölçer.

Grafik, akımın sinüsoidlerinin ve aktif direnç boyunca voltaj düşüşünün frekans ve fazda çakıştığını ve aynı salınımları yaptığını göstermektedir. Ürünleriyle ifade edilen güç, çift frekansla dalgalanır ve her zaman pozitif kalır.

p=u∙i=Um∙sinωt∙Um/R∙sinωt=Um 2 /R∙sin 2 ωt=Um 2 /2R∙(1-cos2ωt).

ifadesine geçersek, şunu elde ederiz: p=P∙(1-cos2ωt).

Daha sonra, gücü bir salınım T periyodu boyunca entegre ederiz ve bu periyot boyunca ∆W enerji artışının arttığını görebiliriz. Zaman geçtikçe aktif direnç, grafikte gösterildiği gibi yeni elektrik bölümleri tüketmeye devam eder.

Reaktif yüklerde güç tüketim özellikleri farklıdır, farklı bir şekle sahiptirler.

Kapasitif bir yükte güç dağılımı

Jeneratörün güç kaynağı devresinde değiştireceğiz dirençli eleman kapasitanslı kondansatör C.

Kapasitans boyunca akım ve gerilim düşüşü arasındaki ilişki şu ilişki ile ifade edilir: I=C∙dU/dt=ω∙C ∙Um∙cosωt.

Akımın anlık ifadelerinin değerlerini voltajla çarpıyoruz ve kapasitif yük tarafından tüketilen gücün değerini alıyoruz.

p=u∙i=Um∙sinωt∙ωC ∙Um∙cosωt=ω∙C ∙Um 2 ∙sinωt∙cosωt=Um 2 /(2X c)∙sin2ωt=U 2 /(2X c)∙sin2ωt.

Burada, uygulanan voltajın frekansının iki katı ile gücün sıfır civarında salındığını görebilirsiniz. Enerji artışının yanı sıra harmonik periyodu için toplam değeri sıfıra eşittir.

Bu, enerjinin devrenin kapalı devresi boyunca her iki yönde hareket ettiği, ancak herhangi bir iş yapmadığı anlamına gelir. Bu gerçek, kaynak voltajı mutlak değerde arttığında, gücün pozitif olması ve devredeki enerji akışının, enerjinin biriktiği kaba yönlendirilmesiyle açıklanmaktadır.

Gerilim harmoniğin düşen bölümüne geçtikten sonra kapasitanstan devreye enerji kaynağa dönmeye başlar. Bu süreçlerin her ikisinde de faydalı bir iş yapılmaz.

Endüktif bir yükte güç dağılımı

Şimdi, güç devresinde kapasitörü endüktans L ile değiştiriyoruz.

Burada, endüktanstan geçen akım şu ilişki ile ifade edilir:

I=1/L∫udt=-Um/ωL∙cos ωt.

Sonra alırız

p=u∙i=Um∙sinωt∙ωC ∙(-Um/ωL∙cosωt)=-Um 2 /ωL∙sinωt∙cosωt=-Um 2 /(2X L)∙sin2ωt=-U 2 /(2X L) sin2ωt.

Ortaya çıkan ifadeler, kapasitansta olduğu gibi iş yapmak için yararsız olan aynı salınımları gerçekleştiren endüktansta güç yönündeki değişimin doğasını ve enerji artışını görmemizi sağlar.

Reaktif yüklerde açığa çıkan güce reaktif bileşen denir. Bağlantı kabloları olmadığında ideal koşullardadır. aktif direnç zararsız görünüyor ve zarar vermiyor. Ancak gerçek güç kaynağı koşullarında, reaktif gücün periyodik geçişleri ve dalgalanmaları, belirli bir enerjinin harcandığı ve uygulanan enerjinin değerinin azaldığı bağlantı kabloları dahil tüm aktif elemanların ısınmasına neden olur. tam güç kaynak.

Gücün reaktif bileşeni arasındaki temel fark, faydalı iş ancak elektrik enerjisi kayıplarına ve aşırı ekipman yüklerine yol açar, özellikle kritik durumlarda tehlikelidir.

Bu nedenlerle reaktif gücün etkisini ortadan kaldırmak için özel olanlar kullanılır.

Karma bir yüke güç tahsisi

Örnek olarak, aktif kapasitif karakteristiğe sahip bir jeneratör üzerinde bir yük kullanıyoruz.

Yukarıdaki grafikte, resmi basitleştirmek için akımların ve gerilimlerin sinüzoidleri gösterilmemiştir, ancak yükün aktif-kapasitif yapısında akım vektörünün gerilimi yönlendirdiği belirtilmelidir.

p=u∙i=Um∙sinωt∙ωC ∙Im∙sin(ωt+φ).

Dönüşümlerden sonra şunu elde ederiz: p=P∙(1- cos 2ωt)+Q ∙sin2ωt.

Son ifadedeki bu iki terim anlık görünür gücün aktif ve reaktif bileşenleridir. Sadece ilki faydalı işler yapar.

Güç ölçüm cihazları

Elektrik tüketimini analiz etmek ve ödemek için uzun süredir çağrılan ölçüm cihazları kullanılıyor. Çalışmaları, akım ve voltajın etkin değerlerini ölçmeye ve bunları otomatik olarak bilgi çıktısı ile çarpmaya dayanmaktadır.

Sayaçlar, elektrikli cihazların çalışma süresini hesaba katarak güç tüketimini, sayacın yük altında açıldığı andan itibaren artımlı olarak gösterir.

Alternatif akım devrelerinde gücün aktif bileşenini ölçmek için varmetreler kullanılır ve reaktif bileşen kullanılır. Onlar sahip farklı tanımlamalarölçü birimleri:

vat (G, B);

var (Var, var, var).

Toplam güç tüketimini belirlemek için, wattmetre ve varmetre okumalarına dayanan güç üçgeni formülünü kullanarak değerini hesaplamak gerekir. Birimlerinde ifade edilir - volt-amper.

Her birinin birimlerinin kabul edilen tanımları, elektrikçilerin yalnızca büyüklüğünü değil, aynı zamanda güç bileşeninin doğasını da yargılamasına yardımcı olur.

herhangi birini tasarlarken elektrik devreleri güç hesabı yapılır. Buna göre ana elemanların seçimi yapılır ve izin verilen yük hesaplanır. Bir DC devresi için hesaplama zor değilse (Ohm yasasına göre akımı voltajla çarpmak gerekir - P \u003d U * I), o zaman AC gücünü hesaplamak o kadar basit değildir. Açıklama için elektrik mühendisliğinin temellerine bakmanız gerekecek, ayrıntılara girmeden ana tezlerin kısa bir özetini vereceğiz.

Toplam güç ve bileşenleri

AC devrelerinde, voltaj ve akımdaki sinüzoidal değişim yasaları dikkate alınarak güç hesaplaması yapılır. Bu bağlamda, iki bileşen içeren toplam güç (S) kavramı tanıtıldı: reaktif (Q) ve aktif (P). Güç üçgeni aracılığıyla bu niceliklerin grafiksel bir açıklaması yapılabilir (bkz. Şekil 1).

Aktif bileşen (P), faydalı yükün gücü anlamına gelir (elektriğin ısıya, ışığa vb. geri döndürülemez dönüşümü). Bu değer watt (W) cinsinden ölçülür, ev düzeyinde kilovat (kW), sanayi sektöründe - megavat (mW) cinsinden hesaplamak gelenekseldir.

Reaktif bileşen (Q), AC devresindeki kapasitif ve endüktif elektrik yükünü tanımlar, bu değerin ölçü birimi Var'dır.

Grafiksel gösterime uygun olarak, güç üçgenindeki oranlar, kullanmayı mümkün kılan temel trigonometrik özdeşlikler kullanılarak tanımlanabilir. aşağıdaki formüller:

• S = √P 2 +Q 2 , - toplam güç için;
• ve Q = U*I*cos⁡ φ ve P = U*I*sin φ - reaktif ve aktif bileşenler için.

Bu hesaplamalar, gücü hesaplamak için tek fazlı bir ağ (örneğin, ev 220 V) için geçerlidir. üç fazlı ağ(380 V) - √3 (simetrik yükle) formüllerine bir çarpan eklemek veya tüm fazların güçlerini toplamak (yük dengesizse) gereklidir.

Tam güç bileşenlerinin etkisinin daha iyi anlaşılması için, yükün aktif, endüktif ve kapasitif formdaki "saf" tezahürünü ele alalım.

dirençli yük

"Saf" bir aktif direnç ve uygun bir kaynak kullanan varsayımsal bir devreyi ele alalım. alternatif akım voltajı. Böyle bir devrenin çalışmasının grafiksel bir açıklaması, belirli bir zaman aralığı (t) için ana parametreleri gösteren Şekil 2'de gösterilmektedir.

Gerilim ve akımın hem faz hem de frekansta senkronize olduğunu, gücün ise iki katı frekansa sahip olduğunu görebiliriz. Bu değerin yönünün pozitif olduğuna ve sürekli arttığına dikkat edin.

kapasitif yük

Şekil 3'te görülebileceği gibi, kapasitif yük karakteristiklerinin grafiği, aktif yükten biraz farklıdır.

Kapasitif güç dalgalanmalarının frekansı, sinüzoidal voltaj değişiminin frekansının iki katıdır. Bu parametrenin toplam değeri ise harmoniğin bir periyodunda sıfıra eşittir. Aynı zamanda enerjide (∆W) bir artış da gözlenmez. Bu sonuç, hareketinin zincirin her iki yönünde gerçekleştiğini gösterir. Yani, voltaj arttığında, kapasitansta bir yük birikimi olur. Negatif bir yarım döngü oluştuğunda, biriken yük devre devresine boşaltılır.

Yük kapasitansında enerji birikimi ve müteakip deşarj sürecinde, hiçbir faydalı iş yapılmaz.

endüktif yük

Aşağıdaki grafik, "saf" bir endüktif yükün doğasını göstermektedir. Gördüğünüz gibi sadece gücün yönü değişti, artış ise sıfıra eşit.

Reaktif yükün olumsuz etkisi

Yukarıdaki örneklerde, "saf" bir seçeneğin olduğu seçenekler dikkate alınmıştır. reaktif yük. Aktif direncin etki faktörü dikkate alınmadı. Bu koşullar altında reaktif etki sıfırdır, bu da göz ardı edilebileceği anlamına gelir. anladığınız gibi içinde gerçek koşullar bu imkansız. Varsayımsal olarak böyle bir yük mevcut olsa bile, kabloyu güç kaynağına bağlamak için gerekli olan bakır veya alüminyum damarların direnci göz ardı edilemez.

Reaktif bileşen, motor, trafo, bağlantı telleri, güç kablosu vb. gibi aktif devre bileşenlerinin ısınması şeklinde kendini gösterebilir. Bunun için belirli bir miktar enerji harcanır ve bu da ana özelliklerde bir azalmaya yol açar.

Reaktif güç devreye şu şekilde etki eder:

• herhangi bir yararlı iş üretmez;
• elektrikli cihazlarda ciddi kayıplara ve anormal yüklenmelere neden olur;
• ciddi bir kazaya neden olabilir.

Bu nedenle, elektrik devresi için uygun hesaplamalar yapılırken, endüktif ve kapasitif yüklerin etki faktörünü dışlamak ve gerekirse kullanımını sağlamak imkansızdır. teknik sistemler onu telafi etmek için.

Güç tüketimi hesaplaması

Günlük yaşamda, örneğin, yoğun kaynak tüketen bir elektrik tüketicisini (klima, kazan, elektrikli soba vb.) bağlamadan önce kablolarda izin verilen yükü kontrol etmek için genellikle güç tüketiminin hesaplanmasıyla uğraşmanız gerekir. Ayrıca böyle bir hesaplamada, dairenin güç kaynağına bağlandığı pano için devre kesicilerin seçilmesine ihtiyaç vardır.

Bu gibi durumlarda akım ve gerilime göre güç hesabı yapılmasına gerek yoktur, aynı anda açılabilen tüm cihazların tükettikleri enerjiyi özetlemek yeterlidir. Hesaplamalara başvurmadan, her cihaz için bu değeri üç şekilde öğrenebilirsiniz:

Hesaplarken, bazı elektrikli cihazların çalıştırma gücünün nominalden önemli ölçüde farklı olabileceği dikkate alınmalıdır. Tüketici cihazları için bu parametre neredeyse hiçbir zaman belirtilmez. teknik döküman, bu nedenle, çeşitli cihazlar için başlangıç ​​​​gücü parametrelerinin ortalama değerlerini içeren ilgili tabloya başvurmak gerekir (maksimum değerin seçilmesi önerilir).