Алтернативен ток, променлив ток - формулата. DC и AC захранване

По едно време Едисон и Тесла са опоненти в използването на електрически ток в енергетиката. Тесла вярваше, че е необходимо да се използва променлив ток, а Едисън - че трябва да приложите постоянен ток. Вторият учен имаше повече възможности, тъй като работеше в бизнеса, но Тесла в крайна сметка успя да спечели, защото беше прав.

влизане

Алтернативният ток е много по-ефективен за използване при пренос на енергия. Нека да обсъдим как се изчислява захранването AC, тъй като променлив ток е мощността, която се предава от разстояние.

Изчисляване на мощността

Да предположим, че имаме генератор на променливо напрежение, който е свързан към товара. Generator изход, между две точки на терминалите, напрежението варира синусоидално и произволно натоварване се взема: на бобината, съпротивление, кондензатор, електрически двигател.

Натоварва се ток, който се променя според хармоничния закон. Нашата задача е да установим това, което е равно на мощността на товара, консумиран от генератора. Разполагаме с генератор. Данните за източника са посоката на входа, която ще варира в съответствие с хармоничното правило:

(U) = U (m) cos wt)

Натоварването е най-произволната концепция.

Токът в товара и съответно в проводниците, които привеждат захранването в товара, ще варира. Честотата на текущите колебания ще бъде същата като честотата на колебанията на напрежението, но има и концепцията за фазово отместване в интервалите на тока и трептенията на напрежението:

(I (t) = I (т) cos wt)

Допълнителни изчисления

Силата на индикаторите ще бъде равна на продукта:

P (t) = 1 (t) U (t)

Този закон остава валиден както за променлив ток с мощност, която трябва да бъде изчислена, така и за константа.

(I (t) = 1 (т) cos (wt + J)

Мощността на променлив ток с променлив ток се изчислява, като се използват три формули. Изчисленията, представени по-горе, се отнасят до основната формула, която следва от дефиницията на тока и напрежението.

Ако частта от веригата е хомогенна и може да се използва законът на Ом за тази част от веригата, такива изчисления не могат да се използват тук, тъй като ние не знаем естеството на товара.

Определете резултата

Заместваме стойностите на тока и напрежението в тази формула и след това ще ни помогнат да познаем тригонометричните формули:

cosa cosb = cos (a + b) + cos (a - b) / 2

Използваме тази формула и получаваме изчисленията:

P (t) = I (т) U (m) cos (wt + J) cos wt

След опростяване на резултатите получавате:

P (t) = I (m) U (m) / cos (wt + J) + I (m) U

Нека да разгледаме тази формула. Тук първият срок зависи от времето, променяйки се според хармоничния закон, а вторият е постоянна стойност. Захранващото напрежение при променлив ток се състои от постоянен и редуващ се компонент.

Ако мощността е положителна, тогава товарът привлича енергия от генератора. При отрицателна мощност, обратното, натоварването не извлича генератора.

Нека да намерим средната стойност на мощността за определен период от време. За тази цел работата, извършена от електрическия ток, се разделя на стойността на този период.

Силата на трифазния променливотоков кръг е сумата на променливата и DC компонентите.

Активна и реактивна мощност

Много физически процеси могат да бъдат представени чрез аналогии един на друг. На тази основа ще се опитаме да разкрием същността на концепциите за активната мощност на веригата на променлив ток и реактивната мощност на веригата на променлив ток.

Чаша е електрическа централа, вода е електричество, тръба е кабел или тел. Колкото по-високо е стъклото, толкова по-голямо е напрежението или налягането.

Параметрите на мощността в AC мрежа от активен или реактивен тип зависят от тези елементи, които консумират такава енергия. Активно - енергията на индуктивност и капацитет.

Нека да го покажем на кондензатор, контейнер и чаша. Активните са тези елементи, които могат да превърнат енергията в друг вид. Например, в топлина (желязо), светлина (електрическа крушка), движение (двигател).

Реактивна енергия

При симулиране на реактивна енергия напрежението се увеличава и капацитетът се запълва. Тъй като напрежението намалява, съхраняваната енергия се връща обратно през жицата обратно към електроцентралата. Това се повтаря циклично.

Самият смисъл на реактивните елементи е натрупването на енергия, която след това се връща обратно или се използва за други функции. Но това не се губи. Основният недостатък на това производно е, че виртуалният тръбопровод, според който енергията върви, има съпротива и процентът на спестяванията се изразходва за него.

Пълната мощност на веригата за променлив ток изисква разходи за определен процент усилия. Поради тази причина големите предприятия се борят с реактивен компонент с пълен капацитет.

Активната енергия е енергията, която се консумира или трансформира в други видове - светлина, топлина, движение, т.е. в някаква работа.

опит

За експеримента вземете чаша, която служи като активен компонент на властта. Тя представлява част от енергията, която трябва да бъде консумирана или трансформирана в друг вид.

Можете да пиете част от енергията на водата. Общият фактор на мощността на променливия ток е факторът на мощността, който се състои от реактивни и активни компоненти: енергията, която тече през водопровода, и тази, която се преобразува.

Какво означава общата мощност в нашата аналогия? Част от водата се пие, а останалата част ще продължи да тече по тръбата. Тъй като имаме реактивен капацитивен елемент - кондензатор или капацитет, намаляваме водата и започваме да симулираме увеличение и намаляване на напрежението. Вижда се как водата тече в две посоки. Следователно в този процес се използват както активни, така и реактивни компоненти. Заедно, това е обща мощност.

Преобразуване на мощност

Активното захранване се превръща в друг вид енергия, например при механично движение или нагряване. Реактивната мощност, която се натрупва в реактивния елемент, се връща назад.

Общата мощност е геометричната сума на активната и реактивната мощност.

За изчислението използваме тригонометрични функции. Физическото значение на изчисленията е следното. Вземете правоъгълен триъгълник, в който едната страна е 90 градуса. Една от страните е неговата хипотенуза. Има съседен и противоположен на правилния ъгъл на крака.

Косинусът е представен чрез връзка, която определя дължината на съседния крак по отношение на дължината на хипотенузата.

Синусът на ъгъла е видът на връзката, която е дължината на противоположния крак спрямо хипотенузата. Знаейки ъгъла и дължината на всяка от страните, можете да изчислите всички други ъгли и дължина.

В този триъгълник можете да вземете дължината на хипотенузата и съседния крак и да изчислите този ъгъл, като използвате функцията тригонометричен косинус. Силата на DC и AC се изчислява, като се използват тези знания.

За да изчислите ъгъла, можете да приложите обратната функция на косинуса. Получаваме необходимия резултат от изчисленията. За да изчислите дължината на противоположния крак, можете да изчислите синуса и да получите съотношението на противоположния крак към хипотенузата.

Изчисляването на мощността на веригата на променлив ток с формулата е предложено в това описание.

В DC ​​схеми, захранването е продукт на напрежението на ток. В AC схемите това правило работи, но неговото тълкуване няма да е съвсем правилно.

индуктивност

В допълнение към активните елементи, реактивните елементи - индуктивност и капацитет. В DC ​​схеми, където амплитудната стойност на напрежението на токовете не се променя с времето, работата на това съпротивление ще се случи само във времето. Индуктивността и капацитетът могат да повлияят неблагоприятно на мрежата.

Активна мощност, която е с трифазен променлив ток верига може да изпълнява полезна работа, и реактивен не върши никаква полезна работа, но се използва само за преодоляване на индуктивност и капацитет реактивно съпротивление.

Ще се опитаме да изпълним този опит. Вземете източника на променливо напрежение от 220 вата с честота 50 Hz, сензор за напрежение и ток източник, товар, който е активен 1 Ω и индуктивна 1 Ω съпротива.

Също така има превключвател, който ще бъде свързан в определен момент, активно-капацитивно натоварване. Да започнем тази система. За удобство въвеждаме коефициентите за корекция на напрежението.

Стартиране на устройството

Когато стартирате устройството, можете да видите, че напрежението и тока на мрежата не съвпадат във фаза. Има преход през 0, при който има ъгъл - факторът на мощността на мрежата. Колкото по-малък е този ъгъл, толкова по-голям е факторът на мощността, който е показан на всички устройства с променлив ток, например електрически машини или заваръчни трансформатори.

Ъгълът зависи от стойността на индуктивната устойчивост на натоварване. Когато смяната намалява, токът на мрежата се увеличава. Представете си, че съпротивлението на намотката не може да бъде намалено, но е необходимо да подобрите косинуса на мрежата. За това са необходими кондензатори, които, за разлика от индуктивността, изпреварват напрежението и могат взаимно да компенсират реактивната мощност.

Точката на свързване на кондензаторната банка на 0.05 с рязък спад косинус почти до 0. Също така е е рязък спад на ток, който кондензатор банка не амплитуда стойност е много по-ниска, отколкото когато кондензаторната банка.

Всъщност чрез свързване на кондензаторна банка е възможно да се намали силата на тока, който се консумира от мрежата. Това е положителен момент и позволява намаляване на напрежението в мрежата и спестяване на напречното сечение на кабели, трансформатори, енергийно оборудване.

Ако има прекъсване на индуктивни товари и устойчивост ще настъпи процес, когато косинус на мрежата ще доведе до изместване на фазата и голям ток вълна, която отива в мрежата и не се консумира от него, което се случва в режим на реактивната мощност на генератора след свързване на кондензатор банката.

резултати

Активната мощност отново остава постоянна и равна на нула, тъй като няма индуктивна съпротива. Процесът на генериране на реактивна мощност в мрежата започна.

Ето защо, за да се компенсира реактивната мощност на големите предприятия, тя консумира огромни количества енергийни системи - приоритетна задача, тъй като тя позволява да се спести не само за оборудването, но също така и на разходите за заплащане на най-реактивната мощност.

Тази концепция е регламентирана и компанията плаща както консумирания, така и генерирания капацитет. Тук са инсталирани автоматични компенсатори, които поддържат баланса на мощността на дадено ниво.

Ако изключите мощния товар, ако не изключите компенсиращото устройство от мрежата, реактивната мощност ще бъде генерирана в мрежата, което ще създаде проблеми в електрозахранването.

В ежедневието компенсацията на реактивната мощност няма смисъл, тъй като консумацията на енергия тук е много по-ниска.

Активната и реактивна мощност са понятията за учебния курс по физика.