El tema se llama: Energía eléctrica. Energía de corriente eléctrica. Me gustaría revelar en él este concepto en una forma sencilla y comprensible. Y, quizás, antes de hablar de energía eléctrica, deberíamos definir primero el concepto de potencia en el sentido general. Normalmente, cuando la gente habla de poder, se refiere a algún tipo de “fuerza” que tiene un objeto (un potente motor eléctrico) o una acción (una poderosa explosión). Pero como sabemos por la física escolar, la fuerza y la potencia son diferentes conceptos, pero tienen una dependencia.
Inicialmente, el poder (N) es una característica relacionada con un determinado evento (acción), y si está vinculado a un determinado objeto, entonces el concepto de poder también está correlacionado condicionalmente con él. Cualquier acción física Implica la influencia de la fuerza. La fuerza (F) con la que se recorrió un determinado camino (S) será igual al trabajo realizado (A). Pues bien, el trabajo realizado en un tiempo determinado (t) se equiparará a potencia.
La potencia es una cantidad física que es igual a la relación entre el trabajo realizado durante un cierto período de tiempo y el mismo período de tiempo. Dado que el trabajo es una medida del cambio de energía, también podemos decir esto: la potencia es la tasa de conversión de energía del sistema.
Entendiendo el concepto poder mecanico, pasemos a considerar la potencia eléctrica (potencia de la corriente eléctrica). Como debes saber, U es el trabajo realizado al mover un culombio, y la corriente I es el número de culombios que pasan en 1 segundo. Por tanto, el producto de la corriente y el voltaje muestra el trabajo total realizado en 1 segundo, es decir, potencia eléctrica o potencia de corriente eléctrica.
Analizando la fórmula anterior, podemos sacar una conclusión muy simple: dado que energía eléctrica“P” depende igualmente de la corriente “I” y del voltaje “U”, por lo tanto, se puede obtener la misma potencia eléctrica ya sea con alta corriente y bajo voltaje, o, por el contrario, con alto voltaje y baja corriente (Esto se utiliza cuando se transmite electricidad a distancias remotas desde las centrales eléctricas hasta los lugares de consumo, mediante la conversión de transformadores en subestaciones eléctricas elevadoras y reductoras).
La potencia eléctrica activa (es decir, la potencia que se convierte irrevocablemente en otros tipos de energía: térmica, luminosa, mecánica, etc.) tiene su propia unidad de medida: W (vatio). Es igual a 1 voltio por 1 amperio. En la vida cotidiana y en la producción, es más conveniente medir la potencia en kW (kilovatios, 1 kW = 1000 W). En las centrales eléctricas se utilizan unidades más grandes: mW (megavatios, 1 mW = 1000 kW = 1.000.000 W).
La potencia eléctrica reactiva es una cantidad que caracteriza a este tipo de carga eléctrica que se crea en los dispositivos (equipos eléctricos) por fluctuaciones de energía (de naturaleza inductiva y capacitiva) eléctrica. campo magnético. Para ordinario C.A. es igual al producto de la corriente de funcionamiento I y la caída de tensión U por el seno del ángulo de fase entre ellos: Q = U*I*sin(ángulo). Re potencia activa Tiene su propia unidad de medida llamada VAR (voltiamperio reactivo). Denotado por la letra "Q".
En un lenguaje sencillo, la potencia eléctrica activa y reactiva se puede expresar usando un ejemplo de la siguiente manera: tenemos un dispositivo eléctrico que tiene elementos calefactores y un motor eléctrico. Los elementos calefactores suelen estar fabricados con material de alta resistencia. Cuando una corriente eléctrica pasa a través de la espiral del elemento calefactor, la energía eléctrica se convierte completamente en calor. Este ejemplo es típico de la energía eléctrica activa.
El motor eléctrico de este dispositivo tiene en su interior un devanado de cobre. Representa la inductancia. Y como sabemos, la inductancia tiene el efecto de autoinducción, y esto contribuye al retorno parcial de la electricidad a la red. Esta energía tiene cierta compensación en los valores de corriente y voltaje, lo que causa impacto negativo a la red eléctrica (sobrecargándola aún más).
La capacitancia (condensadores) también tiene capacidades similares. Es capaz de acumular carga y liberarla. La diferencia entre capacitancia e inductancia radica en el desplazamiento opuesto de los valores de corriente y voltaje entre sí. Esta energía de capacitancia e inductancia (desfasada con respecto al valor de la red de suministro) será, de hecho, energía eléctrica reactiva.
Hablaremos con más detalle sobre las propiedades de la potencia reactiva en el artículo correspondiente y, al final de este tema, me gustaría hablar sobre la influencia mutua de la inductancia y la capacitancia. Dado que tanto la inductancia como la capacitancia tienen la capacidad de cambiar de fase, pero cada una de ellas lo hace con el efecto opuesto, esta propiedad se utiliza para compensar la potencia reactiva (aumentando la eficiencia del suministro de energía).
PD Hablando de la potencia eléctrica de los dispositivos eléctricos, debemos recordar que está limitada por los valores nominales y máximos de corriente y voltaje, y estas limitaciones ya dependen del material, frecuencias de funcionamiento, tecnología de fabricación y otros factores.
Cada aparato eléctrico tiene su propia potencia. La información al respecto se puede encontrar en el caso. hervidor eléctrico y un secador de pelo, en la bombilla de una lámpara incandescente eléctrica y en la tapa superior de una aspiradora.
Se sabe que estos kilovatios y vatios no sólo afectan directamente las lecturas del contador eléctrico, sino también la cantidad de corriente en los conductores eléctricos. Y una corriente excesiva puede provocar un disparo. cortacircuitos, o quemaduras de contactos y daños a los cables.
Por tanto, no será superfluo conocer la relación entre la potencia consumida por un dispositivo de la red y la corriente eléctrica que provoca en la misma red. Además, en la carcasa de los enchufes ya mencionados se indica la corriente máxima y no la potencia eléctrica.
Determinación de la potencia eléctrica.. Entonces, del curso de física sabemos que la potencia es el trabajo realizado por unidad de tiempo. Es decir, así como un automóvil, al tener velocidad, recorre una determinada distancia cada hora (km/hora), cualquier dispositivo encendido realiza un trabajo específico en la misma hora (J/hora=W).
Pero los números indicados en el cuerpo del hervidor eléctrico no indican en cuánta agua puede hervir. cierto tiempo, sino de cuánta energía consumirá de la red durante el mismo período de tiempo.
Esta energía se gasta moviendo electrones en un conductor. Por lo tanto, para un electrón con una unidad de carga es igual al voltaje de la red:
Después de todo, la tensión entre dos puntos es el trabajo necesario para mover carga unitaria del primer al segundo punto. Trabajo completo(energía) necesaria para mover toda la masa de electrones es el producto del voltaje por el número de electrones en el circuito de nuestra tetera:
A_full=U*Q;
Y como la potencia es trabajo por unidad de tiempo, obtenemos la siguiente expresión:
Р=(U*Q)/t;
Pero conocemos bien el número de electrones que “fluyen” a través de la sección transversal de un conductor por unidad de tiempo (Q/t). corriente eléctrica. Resulta que no necesitamos pararnos con un cronómetro y contar electrones; basta con conocer la corriente y el voltaje, y la potencia se puede encontrar como su producto:
En la práctica, como se escribió anteriormente, la mayoría de las veces no es necesario lidiar con el problema de determinar la potencia, sino con el problema de calcular la corriente en función de la potencia nominal conocida del dispositivo y el voltaje de la red. Por lo tanto, es posible determinar la corriente consumida por el dispositivo y correlacionarla con la clasificación del tomacorriente y el disyuntor.
Por ejemplo, para un hervidor eléctrico con una potencia de dos kilovatios, destinado a ser incluido en un hogar red electrica, la corriente se puede calcular de la siguiente manera:
I=P/U=(2*1000)/220=9 amperios;
Obviamente, no se puede utilizar un conector de seis amperios para conectar un hervidor de este tipo.
Sin embargo, cabe señalar que estas relaciones entre corriente y potencia sólo se aplican cuando la corriente y el voltaje están en fase. Este es el caso de casi todos los electrodomésticos potentes, pero hay que tener en cuenta que si el circuito tiene una gran inductancia o capacitancia, las fórmulas dadas “mentirán”.
Un ejemplo serían los motores eléctricos de corriente alterna, en los que la potencia activa se expresará de la siguiente manera:
Р=I*U*cosφ;
Dónde cosφ- factor de potencia, normalmente igual a 0,6-0,8 unidades para motores eléctricos.
Al determinar los parámetros de cualquier dispositivo en red trifásica 380 voltios, podemos suponer que su potencia es la suma de la potencia de tres fases, en cada una de las cuales fluye una corriente de fase y se aplica una tensión de fase.
Pongamos un ejemplo: una caldera trifásica de 3 kW de potencia consume un kilovatio en cada fase. La corriente de fase será igual a:
I=P/U_ф =(1*1000)/220=4,5 amperios.
De una carta a un cliente:
Dígame, por el amor de Dios, por qué la potencia del UPS se indica en voltios-amperios y no en los habituales kilovatios. Es muy estresante. Después de todo, todo el mundo está acostumbrado desde hace mucho tiempo a los kilovatios. Y la potencia de todos los dispositivos se indica principalmente en kW.
Alexéi. 21 de junio de 2007
EN especificaciones técnicas de cualquier UPS, se indican la potencia total [kVA] y la potencia activa [kW]; caracterizan la capacidad de carga del UPS. Ejemplo, vea las fotos a continuación:
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La potencia de no todos los dispositivos se indica en W, por ejemplo:
- La potencia de los transformadores se indica en VA:
http://www.mstator.ru/products/sonstige/powertransf (transformadores TP: ver apéndice)
http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (transformadores TSGL: ver apéndice) - La potencia del condensador se indica en Vars:
http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (condensadores K78-39: ver apéndice)
http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (condensadores del Reino Unido: consulte el apéndice) - Para ejemplos de otras cargas, consulte los apéndices a continuación.
Las características de potencia de la carga se pueden especificar con precisión mediante un único parámetro (potencia activa en W) sólo para el caso corriente continua, ya que en un circuito de CC solo hay un tipo de resistencia: la resistencia activa.
Las características de potencia de la carga para el caso de corriente alterna no pueden especificarse con precisión mediante un solo parámetro, ya que existen dos diferentes tipos Resistencia: activa y reactiva. Por lo tanto, sólo dos parámetros: potencia activa y potencia reactiva caracterizan con precisión la carga.
Los principios operativos de la resistencia activa y reactiva son completamente diferentes. Resistencia activa – se transforma irreversiblemente energía eléctrica en otros tipos de energía (térmica, luminosa, etc.) - ejemplos: lámpara incandescente, calentador eléctrico (párrafo 39, Física grado 11 V.A. Kasyanov M.: Bustard, 2007).
Reactancia: acumula energía alternativamente y luego la libera nuevamente a la red; ejemplos: capacitor, inductor (párrafos 40,41, Física, grado 11, V.A. Kasyanov M.: Bustard, 2007).
Además, en cualquier libro de texto sobre ingeniería eléctrica se puede leer que la potencia activa (disipada por la resistencia activa) se mide en vatios y la potencia reactiva (que circula a través de la reactancia) se mide en vars; También se utilizan dos parámetros más para caracterizar la potencia de carga: potencia total y factor de potencia. Todos estos 4 parámetros:
- Potencia activa: designación PAG, unidad de medida: Vatio
- Potencia reactiva: designación q, unidad de medida: var(voltiamperios reactivos)
- Potencia aparente: designación S, unidad de medida: Virginia(voltiamperios)
- Factor de potencia: símbolo k o porqueФ, unidad de medida: cantidad adimensional
Estos parámetros están relacionados por las relaciones: S*S=P*P+Q*Q, cosФ=k=P/S
También porqueФ llamado factor de potencia ( Factor de potencia – FP)
Por lo tanto, en ingeniería eléctrica, dos de estos parámetros se especifican para caracterizar la potencia, ya que el resto se puede encontrar a partir de estos dos.
Por ejemplo, motores eléctricos, lámparas (descarga), en esos. los datos indicados P[kW] y cosФ:
http://www.mez.by/dvigatel/air_table2.shtml (motores AIR: ver apéndice)
http://www.mscom.ru/katalog.php?num=38 (lámparas DRL: ver apéndice)
(ejemplos de datos técnicos diferentes cargas ver el apéndice a continuación)
Lo mismo ocurre con las fuentes de alimentación. Su potencia (capacidad de carga) se caracteriza por un parámetro para las fuentes de alimentación de CC: potencia activa (W) y dos parámetros para las fuentes. Fuente de alimentación de CA. Normalmente estos dos parámetros son la potencia aparente (VA) y la potencia activa (W). Véanse, por ejemplo, los parámetros del grupo electrógeno diésel y del SAI.
La mayoría de las oficinas y electrodomésticos, activos (poca o nula reactancia), por lo que su potencia se indica en Watts. En este caso, al calcular la carga, se utiliza el valor de potencia del UPS en Watts. Si la carga son computadoras con fuentes de alimentación (PSU) sin corrección del factor de potencia de entrada (APFC), impresora láser, refrigerador, aire acondicionado, motor eléctrico (por ejemplo bomba sumergible o un motor como parte de una máquina), lámparas fluorescentes, etc. - todas las salidas se utilizan en el cálculo. Datos del SAI: kVA, kW, características de sobrecarga, etc.
Consulte los libros de texto de ingeniería eléctrica, por ejemplo:
1. Evdokimov F. E. Fundamentos teóricos electrotecnia. - M.: Centro editorial "Academia", 2004.
2. Nemtsov M.V. Ingeniería eléctrica y electrónica. - M.: Centro editorial "Academia", 2007.
3. Chastoedov L. A. Ingeniería eléctrica. - M.: Escuela Superior, 1989.
Consulte también Alimentación de CA, Factor de potencia, Resistencia eléctrica, Reactancia http://en.wikipedia.org
(traducción: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)
Solicitud
Ejemplo 1: la potencia de transformadores y autotransformadores se indica en VA (Voltios Amperios)
http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (transformadores TSGL)
| Autotransformadores monofásicos |
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| 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 / autotransformadores de laboratorio TDGC2)
Ejemplo 2: la potencia de los condensadores se indica en VAR (Voltio Amperios reactivos)
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http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (condensadores K78-39)
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http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (condensadores del Reino Unido)
Ejemplo 3: los datos técnicos de los motores eléctricos contienen potencia activa (kW) y cosF
Para cargas como motores eléctricos, lámparas (descarga), fuentes de alimentación de computadoras, cargas combinadas, etc. - los datos técnicos indican P [kW] y cosФ (potencia activa y factor de potencia) o S [kVA] y cosФ (potencia aparente y factor de potencia) potencia).
http://www.weiku.com/products/10359463/Stainless_Steel_cutting_machine.html
(carga combinada - máquina corte por plasma acero / Cortadora de plasma Inverter LGK160 (IGBT)
http://www.silverstonetek.com.tw/product.php?pid=365&area=en (fuente de alimentación de PC)
Apéndice 1
Si la carga tiene un factor de potencia alto (0,8 ... 1,0), entonces sus propiedades se acercan a las de una carga resistiva. Esta carga es ideal tanto para la línea de red como para fuentes de energía, porque no genera corrientes y potencias reactivas en el sistema.
Por lo tanto, muchos países han adoptado normas que regulan el factor de potencia de los equipos.
Anexo 2
Equipos de carga única (por ejemplo, PSU PC) y combinados de varios componentes (por ejemplo, fresadora) maquina industrial, que contiene varios motores, una PC, iluminación, etc.) tienen factores de potencia bajos (menos de 0,8) de unidades internas (por ejemplo, un rectificador de fuente de alimentación de PC o un motor eléctrico tienen un factor de potencia de 0,6 .. 0,8). Por lo tanto, hoy en día la mayoría de los equipos cuentan con una unidad de entrada de corrección del factor de potencia. En este caso, el factor de potencia de entrada es 0,9 ... 1,0, lo que corresponde a los estándares reglamentarios.
Apéndice 3: Nota importante sobre el factor de potencia del UPS y los estabilizadores de voltaje
La capacidad de carga del SAI y del grupo electrógeno diésel está normalizada a una carga industrial estándar (factor de potencia 0,8 de carácter inductivo). Por ejemplo, UPS 100 kVA / 80 kW. Esto significa que el dispositivo puede alimentar una carga resistiva. potencia máxima 80 kW, o carga mixta (reactiva-reactiva) de potencia máxima 100 kVA con un factor de potencia inductivo de 0,8.
Con los estabilizadores de voltaje la situación es diferente. Para el estabilizador, el factor de potencia de carga es indiferente. Por ejemplo, un estabilizador de voltaje de 100 kVA. Esto significa que el dispositivo puede alimentar una carga activa con una potencia máxima de 100 kW, o cualquier otra potencia (puramente activa, puramente reactiva, mixta) de 100 kVA o 100 kVAr con cualquier factor de potencia de carácter capacitivo o inductivo. Tenga en cuenta que esto es válido para una carga lineal (sin corrientes armónicas más altas). Con grandes distorsiones armónicas de la corriente de carga (SOI alto), se reduce la potencia de salida del estabilizador.
Anexo 4
Ejemplos ilustrativos de cargas puramente activas y puras reactivas:
- Una lámpara incandescente de 100 W está conectada a una red de corriente alterna de 220 VCA; en todas partes del circuito hay una corriente de conducción (a través de los cables conductores y el filamento de tungsteno de la lámpara). Características de carga (lámpara): potencia S=P~=100 VA=100 W, PF=1 => toda la energía eléctrica está activa, lo que significa que es completamente absorbida por la lámpara y convertida en calor y energía luminosa.
- Un capacitor no polar de 7 µF está conectado a una red de corriente alterna de 220 VCA; hay una corriente de conducción en el circuito del cable y una corriente de polarización fluye dentro del capacitor (a través del dieléctrico). Características de la carga (condensador): potencia S=Q~=100 VA=100 VAr, PF=0 => toda la potencia eléctrica es reactiva, lo que significa que circula constantemente desde la fuente a la carga y viceversa, nuevamente a la carga, etc.
Anexo 5
Para indicar la reactancia predominante (inductiva o capacitiva), al factor de potencia se le asigna el signo:
+ (más)– si la reactancia total es inductiva (ejemplo: PF=+0,5). La fase actual está retrasada con respecto a la fase de voltaje en un ángulo Ф.
- (menos)– si la reactancia total es capacitiva (ejemplo: PF=-0,5). La fase actual avanza la fase de voltaje en un ángulo F.
Apéndice 6
Preguntas adicionales
Pregunta 1:
¿Por qué todos los libros de texto de ingeniería eléctrica utilizan números/cantidades imaginarias al calcular circuitos de CA (por ejemplo, potencia reactiva, reactancia, etc.) que no existen en la realidad?
Respuesta:
Sí, todas las cantidades individuales del mundo circundante son reales. Incluyendo temperatura, reactancia, etc. El uso de números imaginarios (complejos) es sólo una técnica matemática que facilita los cálculos. El resultado del cálculo es necesariamente un número real. Ejemplo: la potencia reactiva de una carga (condensador) de 20 kVAr es un flujo de energía real, es decir, Watts reales que circulan en el circuito fuente-carga. Pero para distinguir estos Watts de los Watts irremediablemente absorbidos por la carga, decidieron llamar a estos “Watts circulantes” Voltamperios reactivos.
Comentario:
Anteriormente, en física solo se usaban cantidades únicas y, al calcular, todas las cantidades matemáticas correspondían a las cantidades reales del mundo circundante. Por ejemplo, la distancia es igual a la velocidad por el tiempo (S=v*t). Luego, con el desarrollo de la física, es decir, a medida que se estudiaban objetos más complejos (luz, ondas, corriente eléctrica alterna, átomo, espacio, etc.), apareció algo así. gran número cantidades fisicas que se hizo imposible contar cada uno por separado. Este no es sólo un problema de cálculo manual, sino también un problema de compilación de programas informáticos. Para resolver este problema, se comenzaron a combinar cantidades individuales cercanas en otras más complejas (incluidas 2 o más cantidades individuales), sujetas a leyes de transformación conocidas en matemáticas. Así aparecieron cantidades escalares (simples) (temperatura, etc.), cantidades vectoriales y duales complejas (impedancia, etc.), cantidades vectoriales triples (campo magnético vectorial, etc.) y cantidades más complejas: matrices y tensores (dieléctricos). tensor constante, tensor de Ricci y otros). Para simplificar los cálculos en ingeniería eléctrica, se utilizan las siguientes cantidades duales imaginarias (complejas):
- Resistencia total (impedancia) Z=R+iX
- Potencia aparente S=P+iQ
- Constante dieléctrica e=e"+ie"
- Permeabilidad magnética m=m"+im"
- etc.
Pregunta 2:
La página http://en.wikipedia.org/wiki/Ac_power muestra S P Q Ф en un plano complejo, es decir, imaginario / inexistente. ¿Qué tiene que ver todo esto con la realidad?
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Respuesta:
Es difícil realizar cálculos con sinusoides reales, por lo tanto, para simplificar los cálculos, utilice una representación vectorial (compleja) como en la Fig. más alto. Pero esto no significa que los S P Q que se muestran en la figura no estén relacionados con la realidad. Los valores reales de S P Q se pueden presentar en en la forma habitual, basado en mediciones de señales sinusoidales con un osciloscopio. Los valores de S P Q Ф I U en el circuito de corriente alterna “fuente-carga” dependen de la carga. A continuación se muestra un ejemplo de señales sinusoidales reales S P Q y Ф para el caso de una carga que consta de resistencias activas y reactivas (inductivas) conectadas en serie.
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Pregunta 3:
Común pinzas de corriente y un multímetro midió la corriente de carga de 10 A, y el voltaje en la carga es 225 V. Multiplique y obtenga la potencia de carga en W: 10 A · 225 V = 2250 W.
Respuesta:
Ha obtenido (calculado) la potencia de carga total de 2250 VA. Entonces su respuesta solo será válida si su carga es puramente resistiva, entonces efectivamente Volt Ampere igual a vatio. Para todos los demás tipos de cargas (por ejemplo, un motor eléctrico) - no. Para medir todas las características de cualquier carga arbitraria, es necesario utilizar un analizador de red, por ejemplo APPA137:
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Ver lecturas adicionales, por ejemplo:
Evdokimov F. E. Fundamentos teóricos de la ingeniería eléctrica. - M.: Centro editorial "Academia", 2004.
Nemtsov M.V. Ingeniería eléctrica y electrónica. - M.: Centro editorial "Academia", 2007.
Chastoedov L. A. Ingeniería eléctrica. - M.: Escuela Superior, 1989.
Alimentación CA, Factor de potencia, Resistencia eléctrica, Reactancia
http://en.wikipedia.org (traducción: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)
Teoría y cálculo de transformadores de baja potencia Yu.N Starodubtsev / RadioSoft Moscú 2005 / rev d25d5r4feb2013.