Emnet hedder: Elkraft. Elektrisk strøm. Jeg vil gerne afsløre i den dette koncept i en enkel og forståelig form. Og måske, før vi taler om elektrisk kraft, bør vi først definere begrebet magt i generel forstand. Typisk, når folk taler om magt, mener de en form for "kraft", som et objekt (en kraftig elektrisk motor) eller en handling (en kraftig eksplosion) har. Men som vi ved fra skolens fysik, er kraft og magt det forskellige koncepter, men de har en afhængighed.
I første omgang er magt (N) en karakteristik relateret til en bestemt begivenhed (handling), og hvis den er bundet til et bestemt objekt, så er magtbegrebet også betinget korreleret med det. Nogen fysisk handling indebærer påvirkning af magt. Kraften (F), som en bestemt vej (S) blev tilbagelagt med, vil være lig med det udførte arbejde (A). Nå, det arbejde, der udføres i en bestemt tid (t), vil blive sidestillet med magt.
Effekt er en fysisk størrelse, der er lig med forholdet mellem det arbejde, der er udført over en vis periode, og det samme tidsrum. Da arbejde er et mål for energiændring, kan vi også sige dette: effekt er hastigheden af energiomdannelsen af systemet.
Forstå konceptet mekanisk kraft, lad os gå videre til at overveje elektrisk strøm (elektrisk strøm). Som du burde vide, er U det arbejde, der udføres, når du flytter en coulomb, og den nuværende I er antallet af coulomb, der passerer på 1 sekund. Derfor viser produktet af strøm og spænding det samlede arbejde udført på 1 sekund, det vil sige elektrisk effekt eller elektrisk strømstyrke.
Ved at analysere ovenstående formel kan vi drage en meget enkel konklusion: siden elektrisk strøm"P" afhænger lige meget af strømmen "I" og af spændingen "U", derfor kan den samme elektriske effekt opnås enten med en høj strøm og lav spænding, eller omvendt med en høj spænding og lav strøm (Denne bruges ved transmission af elektricitet over fjerne afstande fra kraftværker til forbrugssteder gennem transformerkonvertering ved step-up og step-down krafttransformerstationer).
Aktiv elektrisk effekt (dette er effekt, der uigenkaldeligt omdannes til andre typer energi - termisk, lys, mekanisk osv.) har sin egen måleenhed - W (Watt). Det er lig med 1 volt gange 1 ampere. I hverdagen og i produktionen er det mere bekvemt at måle effekt i kW (kilowatt, 1 kW = 1000 W). På kraftværker anvendes større enheder - mW (megawatt, 1 mW = 1000 kW = 1.000.000 W).
Reaktiv elektrisk effekt er en størrelse, der karakteriserer denne type elektrisk belastning, der skabes i enheder (elektrisk udstyr) af energiudsving (induktiv og kapacitiv) elektrisk magnetfelt. Til alm vekselstrøm den er lig med produktet af driftsstrømmen I og spændingsfaldet U med sinus af fasevinklen mellem dem: Q = U*I*sin(vinkel). Vedr aktiv effekt har sin egen måleenhed kaldet VAR (volt-ampere reaktiv). Betegnes med bogstavet "Q".
I et enkelt sprog kan aktiv og reaktiv elektrisk effekt udtrykkes ved hjælp af et eksempel som følger: Vi har en elektrisk enhed, der har varmeelementer og en elektrisk motor. Varmeelementer er normalt lavet af højmodstandsmateriale. Når en elektrisk strøm passerer gennem varmelegemets spiral, omdannes den elektriske energi fuldstændigt til varme. Dette eksempel er typisk for aktiv elektrisk strøm.
Denne enheds elektriske motor har en kobbervikling indeni. Det repræsenterer induktans. Og som vi ved, har induktans effekten af selvinduktion, og det bidrager til, at elektriciteten delvist returneres tilbage til nettet. Denne energi har en vis offset i strøm- og spændingsværdier, hvilket forårsager Negativ indflydelse til elnettet (yderligere overbelastning).
Kapacitans (kondensatorer) har også lignende evner. Den er i stand til at akkumulere ladning og frigive den tilbage. Forskellen mellem kapacitans og induktans ligger i den modsatte forskydning af værdierne af strøm og spænding i forhold til hinanden. Denne energi af kapacitans og induktans (faseforskudt i forhold til værdien af forsyningsnettet) vil i virkeligheden være reaktiv elektrisk effekt.
Vi vil tale mere detaljeret om egenskaberne ved reaktiv effekt i den tilsvarende artikel, og i slutningen af dette emne vil jeg gerne sige om den gensidige indflydelse af induktans og kapacitans. Da både induktans og kapacitans har evnen til at faseforskyde, men hver af dem gør dette med den modsatte effekt, bruges denne egenskab til at kompensere for reaktiv effekt (øge effektiviteten af strømforsyningen).
P.S. Når vi taler om den elektriske effekt af elektriske enheder, skal vi huske, at den er begrænset af de nominelle og maksimale værdier af strøm og spænding, og disse begrænsninger afhænger allerede af materialet, driftsfrekvenser, fremstillingsteknologi og andre faktorer.
Hvert elektrisk apparat har sin egen strøm. Oplysninger om det kan findes på sagen elkedel og en hårtørrer, på pæren af en elektrisk glødelampe og på topdækslet af en støvsuger.
Det er kendt, at disse kilowatt og watt ikke kun direkte påvirker aflæsningerne af den elektriske måler, men også mængden af strøm i de elektriske ledere. Og for høj strøm kan forårsage udløsning afbryder, eller brænding af kontakter og beskadigelse af ledninger.
Derfor vil det ikke være overflødigt at kende forholdet mellem den strøm, der forbruges af en enhed fra netværket og den elektriske strøm, som den forårsager i det samme netværk. Desuden er det på huset til de allerede nævnte stikkontakter den maksimale strøm, der er angivet, og ikke den elektriske effekt.
Bestemmelse af elektrisk effekt. Så fra fysikkurset ved vi, at magt er det arbejde, der udføres pr. tidsenhed. Det vil sige, ligesom en bil, der har fart, tilbagelægger en bestemt afstand hver time (km/time), så udfører enhver tændt enhed et bestemt arbejde i den samme time (J/time=W).
Men tallene angivet på elkedlens krop indikerer ikke, hvor meget vand den kan koge i bestemt tidspunkt, men om hvor meget energi det vil forbruge fra netværket i samme tidsrum.
Denne energi bruges på at flytte elektroner i en leder. Derfor er den for en elektron med en enhedsladning lig med netværksspændingen:
Når alt kommer til alt, er spændingen mellem to punkter det arbejde, der kræves for at bevæge sig enhedsafgift fra første til andet punkt. Fuldt arbejde(energi), der kræves for at flytte hele massen af elektroner, er produktet af spænding og antallet af elektroner i vores tekandes kredsløb:
A_full=U*Q;
Og da kraft er arbejde per tidsenhed, får vi følgende udtryk for det:
Р=(U*Q)/t;
Men antallet af elektroner "strømmer" gennem tværsnittet af en leder pr. tidsenhed (Q/t) er velkendt for os elektricitet. Det viser sig, at vi ikke behøver at stå med et stopur og tælle elektroner - det er nok at kende strøm og spænding, og strømmen kan findes som deres produkt:
I praksis, som skrevet ovenfor, skal du oftere ikke beskæftige dig med problemet med at bestemme effekt, men med problemet med at beregne strømmen baseret på enhedens kendte nominelle effekt og netværksspændingen. Således er det muligt at bestemme den strøm, der forbruges af enheden og korrelere den med bedømmelsen af stikkontakten og afbryderen.
For eksempel for en elkedel med en effekt på to kilowatt, beregnet til optagelse i en husstand elektrisk netværk, kan strømmen beregnes som følger:
I=P/U=(2*1000)/220=9 ampere;
Du kan naturligvis ikke bruge et seks-amp stik til at tilslutte sådan en kedel.
Det skal dog bemærkes, at disse forhold mellem strøm og effekt kun gælder, når strøm og spænding er i fase. Dette er tilfældet for næsten alle kraftfulde elektriske husholdningsapparater, men det er nødvendigt at huske på, at hvis der er en stor induktans eller kapacitans i kredsløbet, vil de givne formler "lyve".
Et eksempel ville være AC-elektriske motorer, hvor den aktive effekt vil blive udtrykt som følger:
Р=I*U*cosφ;
Hvor cosφ- effektfaktor, normalt lig med 0,6-0,8 enheder for elektriske motorer.
Ved bestemmelse af parametrene for enhver enhed i trefaset netværk 380 volt, kan vi antage, at dens effekt er summen af effekten af tre faser, i hver af hvilke der løber en fasestrøm og en fasespænding påføres.
Her er et eksempel: en trefaset kedel med en effekt på 3 kW bruger en kilowatt i hver fase. Fasestrømmen vil være lig med:
I=P/U_ф =(1*1000)/220=4,5 ampere.
Fra et kundebrev:
Fortæl mig, for guds skyld, hvorfor UPS'ens effekt er angivet i volt-ampere og ikke i de sædvanlige kilowatt. Dette er meget stressende. Alle har trods alt længe været vant til kilowatt. Og effekten af alle enheder er hovedsageligt angivet i kW.
Alexei. 21. juni 2007
I tekniske specifikationer af enhver UPS er den samlede effekt [kVA] og aktiv effekt [kW] angivet - de karakteriserer UPS'ens belastningskapacitet. Eksempel, se billeder nedenfor:
 |
Effekten af ikke alle enheder er angivet i W, for eksempel:
- Transformatorernes effekt er angivet i VA:
http://www.mstator.ru/products/sonstige/powertransf (TP-transformatorer: se appendiks)
http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (TSGL transformere: se bilag) - Kondensatoreffekt er angivet i Vars:
http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (kondensatorer K78-39: se bilag)
http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (UK kondensatorer: se appendiks) - For eksempler på andre belastninger, se nedenstående bilag.
Belastningens effektkarakteristika kan kun specificeres præcist af en enkelt parameter (aktiv effekt i W) for tilfældet jævnstrøm, da der i et DC-kredsløb kun er én type modstand - aktiv modstand.
Belastningens effektkarakteristika i tilfælde af vekselstrøm kan ikke specificeres nøjagtigt af en enkelt parameter, da der er to forskellige typer modstand – aktiv og reaktiv. Derfor er det kun to parametre: aktiv effekt og reaktiv effekt, der karakteriserer belastningen nøjagtigt.
Driftsprincipperne for aktiv og reaktiv modstand er helt forskellige. Aktiv modstand – transformeres irreversibelt elektrisk energi ind i andre typer energi (termisk, lys osv.) - eksempler: glødelampe, elektrisk varmelegeme (afsnit 39, Fysik klasse 11 V.A. Kasyanov M.: Bustard, 2007).
Reaktans - skiftevis akkumulerer energi og frigiver den derefter tilbage til netværket - eksempler: kondensator, induktor (afsnit 40,41, Fysik 11. klasse V.A. Kasyanov M.: Bustard, 2007).
Yderligere i enhver lærebog om elektroteknik kan du læse, at aktiv effekt (dissiperet af aktiv modstand) måles i watt, og reaktiv effekt (cirkulerer gennem reaktans) måles i vars; yderligere to parametre bruges også til at karakterisere belastningseffekten: fuld kraft og effektfaktor. Alle disse 4 parametre:
- Aktiv kraft: betegnelse P, måleenhed: Watt
- Reaktiv effekt: betegnelse Q, måleenhed: VAR(Volt Ampere reaktiv)
- Tilsyneladende magt: betegnelse S, måleenhed: VA(Volt Ampere)
- Effektfaktor: symbol k eller cosФ, måleenhed: dimensionsløs mængde
Disse parametre er relateret af relationerne: S*S=P*P+Q*Q, cosФ=k=P/S
Også cosФ kaldet effektfaktor ( Magtfaktor – PF)
Derfor er to af disse parametre i elektroteknik specificeret til at karakterisere effekt, da resten kan findes fra disse to.
For eksempel elektriske motorer, lamper (udladning) - i de. data angivet P[kW] og cosФ:
http://www.mez.by/dvigatel/air_table2.shtml (AIR-motorer: se appendiks)
http://www.mscom.ru/katalog.php?num=38 (DRL-lamper: se bilag)
(eksempler på tekniske data forskellige belastninger se bilag nedenfor)
Det er det samme med strømforsyninger. Deres effekt (belastningskapacitet) er kendetegnet ved en parameter for DC-strømforsyninger - aktiv effekt (W) og to parametre for kilder. AC strømforsyning. Typisk er disse to parametre tilsyneladende effekt (VA) og aktiv effekt (W). Se f.eks. parametrene for dieselgeneratorsættet og UPS'en.
De fleste kontor og husholdningsapparater, aktiv (ingen eller lille reaktans), derfor er deres effekt angivet i watt. I dette tilfælde, når belastningen beregnes, bruges UPS-effektværdien i watt. Hvis belastningen er computere med strømforsyninger (PSU'er) uden input power factor correction (APFC), laser printer, køleskab, klimaanlæg, elmotor (f.eks dyk pumpe eller en motor som en del af en maskine), fluorescerende ballastlamper osv. - alle udgange er brugt i beregningen. UPS-data: kVA, kW, overbelastningskarakteristika osv.
Se f.eks. elektrotekniske lærebøger:
1. Evdokimov F. E. Teoretisk grundlag Elektroteknik. - M.: Forlagscenter "Academy", 2004.
2. Nemtsov M.V. Elektroteknik og elektronik. - M.: Forlagscenter "Academy", 2007.
3. Chastoedov L. A. Elektroteknik. - M.: Højere skole, 1989.
Se også vekselstrøm, effektfaktor, elektrisk modstand, reaktans http://en.wikipedia.org
(oversættelse: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)
Ansøgning
Eksempel 1: kraften af transformere og autotransformatorer er angivet i VA (Volt Amperes)
http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (TSGL transformere)
| Enfasede autotransformere |
|
||
| TDGC2-0,5 kVa, 2A | AOSN-2-220-82 | ||
| TDGC2-1,0 kVa, 4A | Latr 1,25 | AOSN-4-220-82 | |
| TDGC2-2,0 kVa, 8A | Latr 2.5 | AOSN-8-220-82 | |
| TDGC2-3,0 kVa, 12A | |||
| TDGC2-4,0 kVa, 16A | |||
| TDGC2-5,0 kVa, 20A | AOSN-20-220 | ||
| TDGC2-7,0 kVa, 28A | |||
| TDGC2-10 kVa, 40A | AOMN-40-220 | ||
| TDGC2-15 kVa, 60A | |||
| TDGC2-20 kVa, 80A | |||
http://www.gstransformers.com/products/voltage-regulators.html (LATR / laboratorie autotransformere TDGC2)
Eksempel 2: kondensatorernes effekt er angivet i Vars (Volt Amperes reactive)
 |
http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (kondensatorer K78-39)
 |
http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (UK kondensatorer)
Eksempel 3: Tekniske data for elektriske motorer indeholder aktiv effekt (kW) og cosF
For belastninger som elektriske motorer, lamper (afladning), computerstrømforsyninger, kombinerede belastninger osv., angiver de tekniske data P [kW] og cosФ (aktiv effekt og effektfaktor) eller S [kVA] og cosФ (tilsyneladende effekt og cosФ). effektfaktor) effekt).
http://www.weiku.com/products/10359463/Stainless_Steel_cutting_machine.html
(kombineret belastning - maskine plasmaskæring stål / Inverter Plasmaskærer LGK160 (IGBT)
http://www.silverstonetek.com.tw/product.php?pid=365&area=en (PC-strømforsyning)
Bilag 1
Hvis belastningen har en høj effektfaktor (0,8 ... 1,0), nærmer dens egenskaber sig ved en resistiv belastning. En sådan belastning er ideel både til netværkslinjen og til strømkilder, fordi genererer ikke reaktive strømme og kræfter i systemet.
Derfor har mange lande vedtaget standarder, der regulerer udstyrs effektfaktor.
Tillæg 2
Enkeltbelastningsudstyr (f.eks. pc-strømforsyningsenhed) og multikomponent kombineret udstyr (f.eks. fræsemaskine industriel maskine, som indeholder flere motorer, en pc, belysning osv.) har lave effektfaktorer (mindre end 0,8) af interne enheder (for eksempel har en pc-strømforsyningsensretter eller en elektrisk motor en effektfaktor på 0,6 .. 0,8). Derfor har det meste udstyr i dag en inputenhed til effektfaktorkorrektion. I dette tilfælde er indgangseffektfaktoren 0,9 ... 1,0, hvilket svarer til regulatoriske standarder.
Bilag 3: Vigtig bemærkning vedrørende UPS-effektfaktor og spændingsstabilisatorer
Belastningskapaciteten for UPS'en og dieselgeneratorsættet er normaliseret til en standard industriel belastning (effektfaktor 0,8 med en induktiv karakter). For eksempel UPS 100 kVA / 80 kW. Det betyder, at enheden kan drive en resistiv belastning maksimal effekt 80 kW, eller blandet (reaktiv-reaktiv) belastning med maksimal effekt 100 kVA med en induktiv effektfaktor på 0,8.
Med spændingsstabilisatorer er situationen anderledes. For stabilisatoren er belastningsfaktoren ligegyldig. For eksempel en 100 kVA spændingsstabilisator. Det betyder, at enheden kan levere en aktiv belastning med en maksimal effekt på 100 kW, eller enhver anden (rent aktiv, rent reaktiv, blandet) effekt på 100 kVA eller 100 kVAr med en hvilken som helst effektfaktor af kapacitiv eller induktiv karakter. Bemærk, at dette gælder for en lineær belastning (uden højere harmoniske strømme). Med store harmoniske forvrængninger af belastningsstrømmen (høj SOI) reduceres stabilisatorens udgangseffekt.
Tillæg 4
Illustrative eksempler på rene aktive og rene reaktive belastninger:
- En 100 W glødelampe er forbundet til et vekselstrømsnetværk på 220 VAC - overalt i kredsløbet er der ledningsstrøm (gennem ledningslederne og lampens wolframglødetråd). Belastnings (lampe) karakteristika: effekt S=P~=100 VA=100 W, PF=1 => al elektrisk effekt er aktiv, hvilket betyder, at den absorberes fuldstændigt i lampen og omdannes til varme- og lyseffekt.
- En 7 µF ikke-polær kondensator er forbundet til et vekselstrømsnetværk på 220 VAC - der er en ledningsstrøm i ledningskredsløbet, og en forspændingsstrøm flyder inde i kondensatoren (gennem dielektrikumet). Karakteristika for belastningen (kondensator): effekt S=Q~=100 VA=100 VAr, PF=0 => al elektrisk effekt er reaktiv, hvilket betyder, at den konstant cirkulerer fra kilden til belastningen og tilbage, igen til belastningen, etc.
Tillæg 5
For at angive den overvejende reaktans (induktiv eller kapacitiv) tildeles effektfaktoren tegnet:
+ (plus)– hvis den samlede reaktans er induktiv (eksempel: PF=+0,5). Den aktuelle fase halter efter spændingsfasen med en vinkel Ф.
- (minus)– hvis den samlede reaktans er kapacitiv (eksempel: PF=-0,5). Den aktuelle fase fremrykker spændingsfasen med vinkel F.
Bilag 6
Yderligere spørgsmål
Spørgsmål 1:
Hvorfor bruger alle lærebøger i elektroteknik imaginære tal/mængder, når de beregner AC-kredsløb (f.eks. reaktiv effekt, reaktans osv.), som ikke eksisterer i virkeligheden?
Svar:
Ja, alle individuelle mængder i den omgivende verden er virkelige. Herunder temperatur, reaktans mv. Brugen af imaginære (komplekse) tal er kun en matematisk teknik, der letter beregninger. Resultatet af beregningen er nødvendigvis et reelt tal. Eksempel: reaktiv effekt af en belastning (kondensator) på 20 kVAr er en reel energistrøm, det vil sige reelle watt, der cirkulerer i kildebelastningskredsløbet. Men for at skelne disse Watts fra Watts uigenkaldeligt absorberet af belastningen, besluttede de at kalde disse "cirkulerende Watts" reaktive Volt Ampere.
Kommentar:
Tidligere brugte man kun enkelte størrelser i fysikken, og ved beregningen svarede alle matematiske størrelser til omverdenens reelle størrelser. For eksempel er afstand lig med hastighed gange tid (S=v*t). Derefter, med udviklingen af fysik, det vil sige efterhånden som mere komplekse objekter blev studeret (lys, bølger, elektrisk vekselstrøm, atom, rum osv.), dukkede sådan en ting op. et stort antal af fysiske mængder at det blev umuligt at tælle hver enkelt for sig. Dette er ikke kun et problem med manuelle beregninger, men også et problem med at kompilere computerprogrammer. For at løse dette problem begyndte tætte enkeltstørrelser at blive kombineret til mere komplekse (inklusive 2 eller flere enkeltmængder), underlagt transformationslove kendt i matematik. Sådan opstod skalære (enkelte) størrelser (temperatur osv.), vektor- og komplekse dobbeltstørrelser (impedans osv.), tredobbelte vektorstørrelser (magnetfeltvektor osv.) og mere komplekse størrelser - matricer og tensorer (dielektriske). konstant tensor, tensor Ricci og andre). For at forenkle beregninger i elektroteknik anvendes følgende imaginære (komplekse) dobbelte størrelser:
- Total modstand (impedans) Z=R+iX
- Tilsyneladende effekt S=P+iQ
- Dielektrisk konstant e=e"+ie"
- Magnetisk permeabilitet m=m"+im"
- og osv.
Spørgsmål 2:
Siden http://en.wikipedia.org/wiki/Ac_power viser S P Q Ф på et komplekst, det vil sige imaginært/ikke-eksisterende plan. Hvad har alt dette med virkeligheden at gøre?
 |
Svar:
Det er vanskeligt at udføre beregninger med rigtige sinusoider, derfor, for at forenkle beregningerne, brug en vektor (kompleks) repræsentation som i fig. højere. Men det betyder ikke, at S P Q vist i figuren ikke er relateret til virkeligheden. Reelle værdier af S P Q kan præsenteres i i sædvanlig form, baseret på målinger af sinusformede signaler med et oscilloskop. Værdierne for S P Q Ф I U i vekselstrømkredsløbet "kildebelastning" afhænger af belastningen. Nedenfor er et eksempel på reelle sinusformede signaler S P Q og Ф i tilfælde af en belastning bestående af aktive og reaktive (induktive) modstande forbundet i serie.
 |
Spørgsmål 3:
Almindelig nuværende klemmer og et multimeter målte belastningsstrømmen på 10 A, og spændingen på belastningen er 225 V. Multiplicer og få belastningseffekten i W: 10 A · 225V = 2250 W.
Svar:
Du har opnået (udregnet) den samlede belastningseffekt på 2250 VA. Så dit svar vil kun være gyldigt, hvis din belastning er rent resistiv, så faktisk Volt Ampere lig med watt. For alle andre typer belastninger (for eksempel en elektrisk motor) - nej. For at måle alle karakteristika for enhver vilkårlig belastning skal du bruge en netværksanalysator, for eksempel APPA137:
 |
Se yderligere læsning, for eksempel:
Evdokimov F. E. Teoretisk grundlag for elektroteknik. - M.: Forlagscenter "Academy", 2004.
Nemtsov M.V. Elektroteknik og elektronik. - M.: Forlagscenter "Academy", 2007.
Chastoedov L. A. Elektroteknik. - M.: Højere skole, 1989.
Vekselstrøm, Effektfaktor, Elektrisk modstand, Reaktans
http://en.wikipedia.org (oversættelse: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)
Teori og beregning af laveffekttransformatorer Yu.N Starodubtsev / RadioSoft Moscow 2005 / rev d25d5r4feb2013.