Erő és energia
Ahhoz, hogy megértsük, mi az elektromos energia, először meg kell ismerni az „energia” fogalmát, ez nem más, mint bármely mechanizmus vagy eszköz képessége a munka elvégzésére. Az elektromos töltés (Q) elmozdulása két, potenciálkülönbségnek kitett pont között (U) feltételezi egy elektromos munka (energia) megvalósítását W = Q * U, mivel Q = I * t, akkor W = U * I * t. ahol I az áram az áramban, és t az idő. Az időegységben elvégzett munka a P teljesítmény, tehát P = W/t = U * I * t/t = U * I. Az elektromos energia előállítható, például generátor, vagy felhasználható, például motor.
Ha egy elektromos berendezést vagy fogyasztót elektromos áramforrás (EMF) által táplált áramkörhöz, például akkumulátorhoz csatlakoztatnak, az általa szolgáltatott elektromos energia a vezetéken keresztül áramlik, lehetővé téve például egy villanykörte számára az energia átalakítását. fényben és hőben, vagy egy motor képes mozgatni a gépet, ezt az elfogyasztott energiát kWh-ban mérik. A fizika meghatározása szerint "az energia nem jön létre és nem semmisül meg, átalakul". Az elektromos energia esetében ez az átalakulás fény, hő, hideg, mozgás vagy más hasznos munka megszerzésében nyilvánul meg, amelyet bármely zárt elektromos áramkörhöz csatlakoztatott eszköz végez.
Egyenáramú áram
Ha egyenáramról van szó, akkor a két terminálos eszköz által egy bizonyos pillanatban kifejlesztett villamos energia az említett kapcsok közötti potenciálkülönbség és az eszközön áthaladó áram intenzitásának szorzata. Ezért a teljesítmény arányos az árammal és a feszültséggel. Ez
Ahol W az energia.
Az idő egyszerűsítése megmarad.
Ahol I az áram pillanatnyi értéke, V pedig a feszültség pillanatnyi értéke. Ha I-t amperben, V-t v-ban fejezzük ki, P-t wattban (wattban) fejezzük ki. Ugyanez a meghatározás vonatkozik az I, V és P átlagértékeinek figyelembevételére. Ha az eszköz R-értékű ellenállás, vagy a készülék ekvivalens ellenállása kiszámítható, akkor a teljesítmény is,
P = R * I2 = U2/R
Teljesítmény váltakozó áramban
A váltakozó áramú áramkör villamos teljesítményének kiszámítása összetettebbé válik az egyes fogyasztók által az áram és a feszültség közötti fáziskülönbség miatt. Ezért, amikor a szinuszos váltakozó áramról (AC) van szó, a két terminálos eszköz által kifejlesztett átlagos elektromos teljesítmény az RMS vagy a négyzet középértékének, a kapcsok közötti potenciálkülönbség és a feszültség intenzitásának függvénye. az eszközön áthaladó áram.
Ha egy szinuszos V (t) feszültséget kapcsolunk egy áramkörre, amelynek w szögsebessége és V0 csúcsértéke olyan, hogy. V (t) = V0 * sin (tömeg). Ez induktív áramkör esetén (leggyakoribb eset) egy I (t) áramot fázison kívül egy Ø szöget zár be az alkalmazott feszültséghez képest.
I (t) = I0 * bűn (tömeg - Ø)
A pusztán rezisztív esetnél a fázisszög nullának vehető. A pillanatnyi teljesítményt az előző kifejezések szorzata adja:
P (t) = V0 * I0 * bűn (tömeg) * bűn (tömeg - Ø)
A trigonometria alkalmazásával az előző kifejezés átalakítható a következőkké:
A csúcsértékek helyettesítése az effektívekkel:
P (t) = V * I cos (Ø) - V * I cos (2wt - Ø)
Tehát a teljesítményhez egy állandó értéket kapunk, V * I cos (Ø) és egy másik változót a V * I cos (2wt - Ø) idővel, az első értéket aktív teljesítménynek, a másodikat pedig ingadozó teljesítménynek nevezzük.
Mind az induktív, mind a kapacitív áramkörökben az áram elmarad az Ø szögben lévő feszültségtől, emiatt aktív és reaktív komponensek jelennek meg az elektromos áramban, és az áramkör teljes vagy látszólagos árama mindkét komponens vektorösszege, valami nagyon hasonló történik az áramkör elektromos teljesítményével. Az ábra a feszültség és az áram viselkedését mutatja az induktív és a kapacitív áramkörökben, itt látható, hogy az áram aktív komponense a feszültséggel fázisban van, a reaktív komponens pedig kvadrátumban van vele.
Ezen összetevők értékei a következő módon számíthatók ki.
Egy aktív és reaktív komponens megjelenése az áramban a hatalom azonos viselkedését okozza, ami háromféle áramot eredményez a váltakozó áramú áramkörökben.
Teljes vagy látszólagos teljesítmény, amelyet az S betű képvisel.
A Q betű által képviselt reaktív teljesítmény.
Aktív teljesítmény, amelyet P betű képvisel.
Látszólagos vagy teljes teljesítmény
A látszólagos teljesítmény (S), más néven "teljes teljesítmény", az aktív és a reaktív teljesítmény geometriai összegének az eredménye. Ezt az energiát adja az elektromos üzem, amikor vákuumban működik, vagyis bármilyen típusú terhelés nélkül, miközben az elektromos áramkörhöz kapcsolt terhelések által fogyasztott teljesítmény aktív teljesítmény (P).
A látszólagos teljesítményt "S" betű képviseli, mértékegysége a volt-amper (VA). Az ilyen típusú energia értékének megtalálásához a matematikai képlet a következő:
S = látszólagos vagy összteljesítmény, amperben (VA) kifejezve
V = az áram feszültsége voltban kifejezve
I = Az elektromos áram intenzitása, amperben kifejezve (A)
Aktív erő
Ez az a teljesítmény, amelyben az elektromos energia átalakítási folyamatát hasznos munkaként használják. A különféle meglévő elektromos eszközök az elektromos energiát más energiákká alakítják át, például: mechanikus, fény, hő, kémiai stb. Valódi szám adja meg: „A váltakozó áramú áramkörbe kapcsolt ellenállás, például egy fűtőberendezés intenzitásának és feszültségének ugyanaz a fázisa. Az aktív teljesítménygörbe mindig pozitív.
Amikor egy ellenállást (R) vagy ellenállási terhelést kapcsolnak egy váltakozó áramú áramkörbe, a terhelés által generált hasznos munka meghatározza azt az aktív teljesítményt, amelyet az elektromotoros erőforrásnak (EMF) biztosítania kell. Az aktív teljesítményt egy betű (P) képviseli, mértékegysége pedig a watt (W). A watt legszélesebb körben alkalmazott többszörösei: a kilowatt (kW) és a megawatt (MW) és a részszorzók, a milliwatt (mW) és a mikrovatt (W).
Az egyfázisú váltakozó áramú áramkörhöz csatlakoztatott elektromos berendezések által fogyasztott aktív teljesítmény meghatározására szolgáló matematikai képlet a következő:
P = I * U cos Ø
V = az áram feszültsége voltban kifejezve
I = Az elektromos áram intenzitása, amperben kifejezve (A)
cos Ø = a szög vagy a teljesítménytényező cos értéke.
Reaktív teljesítmény
A reaktív terhelések által elvezetett teljesítmény (tekercsek vagy induktivitások és kondenzátorok vagy kondenzátorok). Nyilvánvalóvá válik, amikor energiaátadás történik a vevők és a forrás között, ez veszteségeket okoz a vezetőkben, feszültségeséseket okoz bennük, és olyan kiegészítő energia fogyasztást eredményez, amelyet a vevők közvetlenül nem használhatnak. Mivel tekercsekből és kondenzátorokból áll, fontos tudni, hogy a tekercsek pozitívak és a kondenzátorok negatívak. Ezek algebrailag hozzáadhatók.
Általában a motorok és transzformátorok belső mágneses terével társul. KVArth-ban mérik. Mivel ez az energia túlterhelést okoz a transzformátor és a generátor vezetékeiben, anélkül, hogy hasznos munkát végezne, szükséges semlegesíteni vagy kompenzálni.
A reaktív teljesítmény a képzeletbeli Y tengelyen, az aktív teljesítmény pedig a valós X tengelyen van, ezért képez egy derékszögű háromszöget, amelynek a hipotenusz nagyságát "látszólagos" erőnek hívják.
A reaktív vagy induktív teljesítmény nem nyújt hasznos munkát, de a rézhuzalos tekercselésű eszközöknek ilyen típusú energiára van szükségük ahhoz a mágneses mező előállításához, amellyel működnek. A meddő teljesítmény mértékegysége a reaktív volt-amper (VAR). Képzeletbeli számok adják meg.
Az elektromos áramkör reaktív teljesítményének meghatározására szolgáló matematikai képlet a következő:
V = az áram feszültsége voltban kifejezve
I = Az elektromos áram intenzitása, amperben kifejezve (A)