Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!
Při navrhování elektrických obvodů se provádí výpočet výkonu. Na základě toho se provede výběr základních prvků a vypočítá se přípustné zatížení. Pokud výpočet pro stejnosměrný obvod není obtížný (v souladu s Ohmovým zákonem, je nutné násobit proud proudem - P = U * I), pak výpočet střídavého proudu není tak jednoduchý. Pro vysvětlení, budete muset odkazovat na základy elektrotechniky, aniž by do detailů, dáváme stručné shrnutí hlavních tezí.
Celkový výkon a jeho komponenty
V obvodech střídavého proudu je výkon vypočítáván s přihlédnutím k zákonitostem sinusových změn napětí a proudu. V tomto ohledu byl zaveden koncept celkového výkonu (S), který zahrnuje dvě složky: reaktivní (Q) a aktivní (P). Grafický popis těchto veličin lze provést přes mocninový trojúhelník (viz obr. 1).
Pod aktivní složkou (P) se rozumí užitná zátěž (neodvolatelná přeměna elektřiny na teplo, světlo atd.). Tato hodnota se měří ve wattech (W), na úrovni domácností se obvykle počítá v kilowattech (kW) ve výrobním sektoru v megawattech (mW).
Reaktivní složka (Q) popisuje kapacitní a indukční elektrické zatížení v obvodu střídavého proudu, což je měrná jednotka pro toto množství Var.
V souladu s grafickým znázorněním lze vztahy v mocninném trojúhelníku popsat pomocí elementárních trigonometrických identit, což umožňuje použít následující vzorce :
- S = 2P 2 + Q 2, - pro plný výkon;
- a Q = U * I * cos φ a P = U * I * sin sin - pro reaktivní a aktivní složky.
Tyto výpočty jsou použitelné pro jednofázovou síť (například pro domácnost 220 V), pro výpočet výkonu třífázové sítě (380 V) je třeba k vzorcům přidat součinitel √3 (se symetrickým zatížením) nebo shrnout pravomoci všech fází (pokud je zatížení asymetrické).
Pro lepší pochopení procesu dopadu složek plného výkonu uvažujme "čistý" projev zatížení v aktivní, indukční a kapacitní formě.
Aktivní zatížení
Vezměte hypotetický obvod, který používá „čistý“ odpor a odpovídající zdroj střídavého napětí. Grafický popis činnosti takového obvodu je znázorněn na obr. 2, který zobrazuje hlavní parametry pro specifický časový rozsah (t).
Vidíme, že napětí a proud jsou synchronizovány ve fázi a frekvenci, zatímco výkon je dvojnásobek frekvence. Všimněte si prosím, že směr této hodnoty je pozitivní a neustále roste.
Kapacitní zatížení
Jak je vidět na obr. 3, graf charakteristik kapacitní zátěže je mírně odlišný od aktivního.
Frekvence kmitání kapacitního výkonu je dvojnásobkem frekvence sinusoid napětí. Pokud jde o celkovou hodnotu tohoto parametru, je během jedné harmonické periody nula. V tomto případě není také pozorováno zvýšení energie (∆W). Tento výsledek ukazuje, že jeho pohyb probíhá v obou směrech řetězu. To znamená, že když se napětí zvyšuje, dochází k hromadění náboje v nádrži. Když nastane záporný poloviční cyklus, nahromaděný náboj se vybije do obvodu obvodu.
V procesu ukládání energie v nosnosti a následném vybíjení se neprovádí žádná užitečná práce.
Indukční zatížení
Níže uvedený graf ukazuje charakter „čisté“ indukční zátěže. Jak vidíte, změnil se pouze směr síly a pokud jde o akumulaci, je nulová.
Negativní vliv jalového zatížení
Ve výše uvedených příkladech byly uvažovány možnosti, kde je přítomno „čisté“ reaktivní zatížení. Vliv faktoru aktivní rezistence nebyl zohledněn. V takových podmínkách je reaktivní účinek nula, což znamená, že jej můžete ignorovat. Jak víte, v reálných podmínkách je to nemožné. I když hypoteticky takové zatížení existovalo, nemůžeme vyloučit odpor měděných nebo hliníkových vodičů kabelu nezbytného pro jeho připojení ke zdroji energie.
Reaktivní složka se může projevit ve formě zahřívání aktivních složek obvodu, například motoru, transformátoru, připojovacích vodičů, napájecího kabelu atd. Na to je vynaloženo určité množství energie, což vede ke snížení hlavních charakteristik.
Jalový výkon ovlivňuje obvod takto:
- nevytváří žádnou užitečnou práci;
- způsobuje vážné ztráty a nadměrné zatížení elektrických spotřebičů;
- může způsobit vážnou nehodu.
Proto není možné při vhodných výpočtech elektrického obvodu vyloučit vliv indukčních a kapacitních zátěží a v případě potřeby zajistit použití technických systémů pro jejich kompenzaci.
Výpočet spotřeby energie
V každodenním životě se člověk musí často vypořádat s výpočtem spotřeby elektrické energie, například zkontrolovat přípustnou zátěž vedení před připojením spotřebiče elektrického spotřebiče náročného na zdroje (klimatizace, kotel, elektrický sporák atd.). Také při takovém výpočtu je potřeba při výběru jističe pro rozvaděč, kterým je byt připojen k napájení.
V takových případech není nutný výpočet výkonu proudem a napětím, stačí spočítat spotřebu energie všech zařízení, která lze zapnout současně. Bez propojení s výpočty je možné tuto hodnotu pro každé zařízení zjistit třemi způsoby:
- s odkazem na technickou dokumentaci zařízení;
- při pohledu na tuto hodnotu na štítku zadního panelu;
Příkon zařízení je často indikován na zadní straně. - Pomocí tabulky, která ukazuje průměrnou spotřebu energie pro domácí spotřebiče.
Při výpočtu je třeba vzít v úvahu, že počáteční výkon některých elektrických spotřebičů se může výrazně lišit od jmenovitého výkonu. U domácích přístrojů je tento parametr v technické dokumentaci téměř nikdy uveden, takže je třeba se obrátit na příslušnou tabulku, která obsahuje průměrné hodnoty parametrů startovacího výkonu pro různá zařízení (je žádoucí zvolit maximální hodnotu).