Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!
Pri navrhovaní elektrických obvodov sa vykonáva výpočet výkonu. Na základe toho sa vykoná výber základných prvkov a vypočíta sa prípustné zaťaženie. Ak výpočet pre jednosmerný obvod nie je ťažký (v súlade s Ohmovým zákonom, je potrebné násobiť prúd napätím - P = U * I), potom výpočet výkonu striedavého prúdu nie je taký jednoduchý. Pre vysvetlenie, budete musieť odkazovať na základy elektrotechniky, bez toho, aby do detailov, uvádzame stručný súhrn hlavných prác.
Celkový výkon a jeho komponenty
V obvodoch striedavého prúdu sa vypočíta výkon s prihliadnutím na zákony sínusových zmien napätia a prúdu. V tomto ohľade bol zavedený koncept celkového výkonu (S), ktorý obsahuje dve zložky: reaktívnu (Q) a aktívnu (P). Grafický popis týchto veličín je možné vykonať pomocou silového trojuholníka (pozri obr. 1).
Pod aktívnym komponentom (P) sa rozumie výkonová záťaž (neodvolateľná premena elektriny na teplo, svetlo atď.). Táto hodnota sa meria vo wattoch (W), na úrovni domácností sa obyčajne počíta v kilowattoch (kW) vo výrobnom sektore v megawattoch (mW).
Reaktívna zložka (Q) opisuje kapacitné a indukčné elektrické zaťaženie v obvode striedavého prúdu, mernú jednotku pre toto množstvo Var.
V súlade s grafickým znázornením možno vzťahy v mocennom trojuholníku opísať pomocou elementárnych trigonometrických identít, ktoré umožňujú použiť nasledujúce vzorce :
- S = 2P2 + Q2, - pre plný výkon;
- a Q = U * I * cos φ a P = U * I * sin φ - pre reaktívne a aktívne zložky.
Tieto výpočty sú použiteľné pre jednofázovú sieť (napríklad pre domácnosť 220 V), pre výpočet výkonu trojfázovej siete (380 V), musíte k vzorcom pridať faktor √3 (so symetrickým zaťažením) alebo zhrnúť výkony všetkých fáz (ak je zaťaženie asymetrické).
Pre lepšie pochopenie procesu vplyvu zložiek plného výkonu, uvažujme o "čistom" prejave záťaže v aktívnej, indukčnej a kapacitnej forme.
Aktívne zaťaženie
Vezmite hypotetický obvod, ktorý používa „čistý“ odpor a zodpovedajúci zdroj striedavého napätia. Grafický opis činnosti takéhoto obvodu je znázornený na obrázku 2, ktorý zobrazuje hlavné parametre pre špecifický časový rozsah (t).
Vidíme, že napätie a prúd sú synchronizované vo fáze a frekvencii, zatiaľ čo výkon je dvojnásobok frekvencie. Upozorňujeme, že smer tejto hodnoty je pozitívny a neustále sa zvyšuje.
Kapacitné zaťaženie
Ako je možné vidieť na obrázku 3, graf charakteristík kapacitného zaťaženia sa mierne líši od aktívneho.
Frekvencia oscilácie kapacitného výkonu je dvojnásobkom frekvencie sínusoidu napätia. Pokiaľ ide o celkovú hodnotu tohto parametra, počas jednej harmonickej periódy je nula. V tomto prípade sa tiež nepozoruje zvýšenie energie (∆W). Tento výsledok naznačuje, že jeho pohyb prebieha v oboch smeroch reťaze. To znamená, že keď sa napätie zvyšuje, v nádrži sa akumuluje náboj. Keď nastane záporný polcyklus, nahromadený náboj sa vybije do okruhu obvodu.
V procese ukladania energie v nosnosti a následnom vybití sa nevykonáva žiadna užitočná práca.
Indukčné zaťaženie
Nižšie uvedený graf znázorňuje charakter „čistej“ indukčnej záťaže. Ako vidíte, zmenil sa iba smer sily a pokiaľ ide o akumuláciu, je nula.
Negatívny vplyv reaktívneho zaťaženia
Vo vyššie uvedených príkladoch boli uvažované možnosti, kde je prítomné „čisté“ reaktívne zaťaženie. Neberie sa do úvahy faktor vplyvu aktívneho odporu. V takýchto podmienkach je reaktívny účinok nula, čo znamená, že ho môžete ignorovať. Ako viete, v reálnych podmienkach je to nemožné. Aj keď hypoteticky takéto zaťaženie existovalo, nemôžeme vylúčiť odpor medených alebo hliníkových vodičov kábla potrebného na jeho pripojenie k zdroju energie.
Reaktívna zložka sa môže prejaviť vo forme zahrievania aktívnych zložiek obvodu, napríklad motora, transformátora, pripojovacích vodičov, napájacieho kábla atď. Na to sa vynakladá určité množstvo energie, čo vedie k zníženiu hlavných charakteristík.
Jalový výkon ovplyvňuje obvod takto:
- nevytvára žiadnu užitočnú prácu;
- spôsobuje vážne straty a nadmerné zaťaženie elektrických spotrebičov;
- môže spôsobiť vážnu nehodu.
Preto pri vhodných výpočtoch pre elektrický obvod nie je možné vylúčiť vplyv indukčných a kapacitných záťaží av prípade potreby zabezpečiť použitie technických systémov na ich kompenzáciu.
Výpočet spotreby energie
V každodennom živote sa často musíme zaoberať výpočtom spotreby elektrickej energie, napríklad na kontrolu prípustného zaťaženia vedenia pred pripojením spotrebiča, ktorý je náročný na zdroje (klimatizácia, kotol, elektrický sporák atď.). Aj pri takomto výpočte existuje potreba pri výbere ističa pre rozvádzač, cez ktorý je byt pripojený k napájaniu.
V takýchto prípadoch nie je potrebný výpočet výkonu prúdom a napätím, stačí spočítať spotrebu energie všetkých zariadení, ktoré je možné zapnúť súčasne. Bez prepojenia s výpočtami je možné túto hodnotu pre každé zariadenie zistiť tromi spôsobmi:
- odkazujúc na technickú dokumentáciu zariadenia;
- pri pohľade na túto hodnotu na nálepke zadného panelu;
Príkon zariadenia sa často zobrazuje na zadnej strane. - Pomocou tabuľky, ktorá ukazuje priemernú spotrebu energie pre domáce spotrebiče.
Pri výpočte by sa malo vziať do úvahy, že štartovací výkon niektorých elektrických spotrebičov sa môže výrazne líšiť od nominálneho výkonu. Pre domáce spotrebiče sa tento parameter v technickej dokumentácii takmer nikdy neuvádza, takže sa musíte obrátiť na príslušnú tabuľku, ktorá obsahuje priemerné hodnoty parametrov štartovacieho výkonu pre rôzne zariadenia (je žiaduce zvoliť maximálnu hodnotu).