Τι είναι η παροχή ηλεκτρικού ρεύματος;

Ο σύγχρονος άνθρωπος συναντά συνεχώς τον ηλεκτρισμό στην καθημερινή ζωή και στην εργασία του, χρησιμοποιεί συσκευές που καταναλώνουν ηλεκτρικό ρεύμα και συσκευές που το παράγουν. Όταν εργάζεστε μαζί τους, θα πρέπει πάντα να λαμβάνετε υπόψη τις δυνατότητές τους που είναι εγγενείς στα τεχνικά χαρακτηριστικά.

Ένας από τους κύριους δείκτες οποιασδήποτε ηλεκτρικής συσκευής είναι μια τέτοια φυσική ποσότητα όπως η ηλεκτρική ενέργεια... Συνηθίζεται να ονομάζουμε την ένταση ή την ταχύτητα παραγωγής, μετάδοσης ή μετατροπής της ηλεκτρικής ενέργειας σε άλλους τύπους ενέργειας, για παράδειγμα, θερμότητα, φως, μηχανικός.

Η μεταφορά ή μεταφορά μεγάλης ηλεκτρικής ενέργειας για βιομηχανικούς σκοπούς πραγματοποιείται σύμφωνα με ηλεκτροφόρα καλώδια υψηλής τάσης.

Μεταμόρφωση ηλεκτρική ενέργεια πραγματοποιείται σε υποσταθμούς μετασχηματιστών.

Η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας εμφανίζεται σε οικιακές και βιομηχανικές συσκευές για διάφορους σκοπούς. Ένας από τους συνηθισμένους τύπους τους είναι λαμπτήρες πυρακτώσεως διαφόρων χαρακτηριστικών.

Η ηλεκτρική ισχύς των γεννητριών, των γραμμών ισχύος και των καταναλωτών σε κυκλώματα DC και AC έχει την ίδια φυσική σημασία, η οποία εκφράζεται ταυτόχρονα σε διαφορετικές αναλογίες ανάλογα με το σχήμα των σύνθετων σημάτων. Να ορίσουν τα γενικά πρότυπα, έννοιες των στιγμιαίων τιμών... Τονίζουν και πάλι την εξάρτηση του ρυθμού μετασχηματισμού του ηλεκτρισμού από τον χρόνο.

Προσδιορισμός της στιγμιαίας ηλεκτρικής ισχύος

Στη θεωρητική ηλεκτρολογία, για να εξαχθούν οι βασικές σχέσεις μεταξύ ρεύματος, τάσης και ισχύος, χρησιμοποιούνται οι εικόνες τους με τη μορφή στιγμιαίων τιμών, οι οποίες καθορίζονται σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή.

Εάν σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα Δt ένα μόνο στοιχειώδες φορτίο q υπό την επίδραση της τάσης U μετακινηθεί από το σημείο «1» στο σημείο «2», τότε εκτελεί έργο ίσο με τη διαφορά δυναμικού μεταξύ αυτών των σημείων. Διαιρώντας το με το χρονικό διάστημα Δt, παίρνουμε την έκφραση για τη στιγμιαία ισχύ ανά μονάδα φορτίου Pe (1-2).

Δεδομένου ότι όχι μόνο το μεμονωμένο φορτίο κινείται υπό την επίδραση της εφαρμοζόμενης τάσης, αλλά και όλα τα γειτονικά που βρίσκονται υπό την επίδραση αυτής της δύναμης, ο αριθμός των οποίων αντιπροσωπεύεται εύκολα από τον αριθμό Q, τότε η στιγμιαία τιμή της ισχύος PQ (1-2) μπορεί να γραφτεί για αυτούς.

Αφού εκτελέσουμε απλούς μετασχηματισμούς, λαμβάνουμε την έκφραση για την ισχύ P και την εξάρτηση της στιγμιαίας τιμής της p (t) από τις συνιστώσες του γινομένου του στιγμιαίου ρεύματος i (t) και της τάσης u (t).

Προσδιορισμός σταθερής ηλεκτρικής ισχύος

V Κυκλώματα συνεχούς ρεύματος το μέγεθος της πτώσης τάσης στο τμήμα του κυκλώματος και το ρεύμα που διαρρέει από αυτό δεν αλλάζει και παραμένει σταθερό, ίσο με τις στιγμιαίες τιμές.Επομένως, η ισχύς σε αυτό το κύκλωμα μπορεί να προσδιοριστεί πολλαπλασιάζοντας αυτές τις τιμές ή διαιρώντας το τέλειο έργο Α με την περίοδο εκτέλεσής του, όπως φαίνεται στην επεξηγηματική εικόνα.

Προσδιορισμός ηλεκτρικής ισχύος εναλλασσόμενου ρεύματος

Οι νόμοι της ημιτονοειδούς μεταβολής των ρευμάτων και των τάσεων που μεταδίδονται μέσω των ηλεκτρικών δικτύων επιβάλλουν την επιρροή τους στην έκφραση της ισχύος σε τέτοια κυκλώματα. Εδώ παίζει ρόλο η φαινομενική ισχύς, η οποία περιγράφεται από το τρίγωνο ισχύος και αποτελείται από ενεργά και αντιδραστικά στοιχεία.

Ένα ημιτονοειδές ηλεκτρικό ρεύμα όταν διέρχεται από ηλεκτροφόρα καλώδια με μικτούς τύπους φορτίων σε όλα τα τμήματα δεν αλλάζει το σχήμα της αρμονικής του και η πτώση τάσης σε αντιδραστικά φορτία μετατοπίζεται στη φάση προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Οι εκφράσεις τιμής ροπής βοηθούν στην κατανόηση της επίδρασης των εφαρμοζόμενων φορτίων στην αλλαγή ισχύος στο κύκλωμα και στην κατεύθυνσή του.

Ταυτόχρονα, δώστε αμέσως προσοχή στο γεγονός ότι η κατεύθυνση της ροής ρεύματος από τη γεννήτρια στον καταναλωτή και η μεταδιδόμενη ισχύς μέσω του δημιουργημένου κυκλώματος είναι εντελώς διαφορετικά πράγματα, τα οποία σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί όχι μόνο να μην συμπίπτουν, αλλά και να είναι κατευθύνεται σε αντίθετες κατευθύνσεις.

Εξετάστε αυτές τις σχέσεις στην ιδανική, καθαρή εκδήλωσή τους για διαφορετικούς τύπους φορτίων:

• ενεργός;

• χωρητικο?

• επαγωγικός.

Διαρροή ισχύος ενεργού φορτίου

Θα υποθέσουμε ότι η γεννήτρια παράγει μια ιδανική ημιτονοειδή τάση u η οποία εφαρμόζεται στην καθαρά ενεργή αντίσταση του κυκλώματος. Το αμπερόμετρο A και το βολτόμετρο V μετρούν το ρεύμα I και την τάση U κάθε φορά t.

Το γράφημα δείχνει ότι τα ημιτονοειδή του ρεύματος και η πτώση τάσης στην ενεργό αντίσταση ταιριάζουν σε συχνότητα και φάση, κάνοντας τις ίδιες ταλαντώσεις. Η δύναμη που εκφράζεται από το γινόμενο τους ταλαντώνεται με διπλάσια συχνότητα και παραμένει πάντα θετική.

p = u ∙ i = Um ∙ sinωt ∙ Um / R ∙ sinωt = Um2/ R ∙ sin2ωt = Um2/ 2R ∙ (1-cos2ωt).

Αν πάμε στην έκφραση τάση λειτουργίας, τότε παίρνουμε: p = P ∙ (1-cos2ωt).

Στη συνέχεια θα ενσωματώσουμε την ισχύ στην περίοδο μιας ταλάντωσης Τ και θα μπορέσουμε να παρατηρήσουμε ότι το κέρδος ενέργειας ΔW κατά τη διάρκεια αυτού του διαστήματος αυξάνεται. Με την πάροδο του χρόνου, η αντίσταση συνεχίζει να καταναλώνει νέες μερίδες ηλεκτρικής ενέργειας, όπως φαίνεται στο γράφημα.

Με τα αντιδραστικά φορτία, τα χαρακτηριστικά της κατανάλωσης ενέργειας είναι διαφορετικά, έχουν διαφορετικό σχήμα.

Χωρητική απαγωγή ισχύος

Στο ηλεκτρικό κύκλωμα της γεννήτριας, αντικαταστήστε το στοιχείο αντίστασης με έναν πυκνωτή χωρητικότητας C.

Η σχέση μεταξύ του ρεύματος και της πτώσης τάσης στην χωρητικότητα εκφράζεται με τον λόγο: I = C ∙ dU / dt = ω ∙ C ∙ Um ∙ cosωt.

Πολλαπλασιάζουμε τις τιμές των στιγμιαίων εκφράσεων του ρεύματος με την τάση και παίρνουμε την τιμή της ισχύος που καταναλώνεται από το χωρητικό φορτίο.

p = u ∙ i = Um ∙ sinωt ∙ ωC ∙ Um ∙ cosωt = ω ∙ C ∙ Um2∙ sinωt ∙ cosωt = Um2/ (2X° C) ∙ sin2ωt = U2/ (2X sin °t)

Εδώ μπορείτε να δείτε ότι η ισχύς κυμαίνεται γύρω στο μηδέν με διπλάσια συχνότητα από την εφαρμοζόμενη τάση. Η συνολική του τιμή για την αρμονική περίοδο, καθώς και το ενεργειακό κέρδος, είναι μηδέν.

Αυτό σημαίνει ότι η ενέργεια κινείται κατά μήκος του κλειστού κυκλώματος του κυκλώματος και προς τις δύο κατευθύνσεις, αλλά δεν λειτουργεί.Ένα τέτοιο γεγονός εξηγείται από το γεγονός ότι όταν η τάση της πηγής αυξάνεται σε απόλυτη τιμή, η ισχύς είναι θετική και η ροή ενέργειας μέσω του κυκλώματος κατευθύνεται στο δοχείο, όπου συσσωρεύεται ενέργεια.

Αφού η τάση περάσει στο πτωτικό αρμονικό τμήμα, η ενέργεια επιστρέφεται από τον πυκνωτή στο κύκλωμα στην πηγή. Καμία χρήσιμη εργασία δεν γίνεται σε καμία από τις δύο διαδικασίες.

Διαρροή ισχύος σε επαγωγικό φορτίο

Τώρα, στο κύκλωμα τροφοδοσίας, αντικαταστήστε τον πυκνωτή με αυτεπαγωγή L.

Εδώ το ρεύμα μέσω της αυτεπαγωγής εκφράζεται με τον λόγο:

I = 1 / L∫udt = -Um / ωL ∙ cos ωt.

Μετά παίρνουμε

p = u ∙ i = Um ∙ sinωt ∙ ωC ∙ (-Um / ωL ∙ cosωt) = — Um2/ ωL ∙ sinωt ∙ cosωt = -Um2/ (2ΧL) ∙ sin2ωt = -U2 sin/t (2.

Οι εκφράσεις που προκύπτουν μας επιτρέπουν να δούμε τη φύση της αλλαγής στην κατεύθυνση της ισχύος και την αύξηση της ενέργειας στην αυτεπαγωγή, οι οποίες εκτελούν τις ίδιες ταλαντώσεις που είναι άχρηστες για την εκτέλεση εργασίας, όπως και στην χωρητικότητα.

Η ισχύς που απελευθερώνεται σε αντιδραστικά φορτία ονομάζεται άεργο στοιχείο. Σε ιδανικές συνθήκες, όταν τα καλώδια σύνδεσης δεν έχουν ενεργή αντίσταση, φαίνεται ακίνδυνο και δεν προκαλεί καμία βλάβη. Αλλά σε συνθήκες πραγματικής ισχύος, περιοδικές μεταβατικές διακυμάνσεις και διακυμάνσεις άεργου ισχύος προκαλούν θέρμανση όλων των ενεργών στοιχείων, συμπεριλαμβανομένων των καλωδίων σύνδεσης, για τα οποία καταναλώνεται κάποια ενέργεια και μειώνεται η τιμή της εφαρμοζόμενης πλήρους ισχύος της πηγής.

Η κύρια διαφορά μεταξύ της άεργης συνιστώσας ισχύος είναι ότι δεν εκτελεί καθόλου χρήσιμη εργασία, αλλά οδηγεί σε απώλειες ηλεκτρικής ενέργειας και υπερβολικά φορτία στον εξοπλισμό, τα οποία είναι ιδιαίτερα επικίνδυνα σε κρίσιμες καταστάσεις.

Για αυτούς τους λόγους, για την εξάλειψη της επιρροής της άεργου ισχύος, π.χ τεχνικά συστήματα για την αποζημίωση του.

Κατανομή ισχύος σε μικτό φορτίο

Ως παράδειγμα, χρησιμοποιούμε το φορτίο μιας γεννήτριας με ένα ενεργό χωρητικό χαρακτηριστικό.

Για να απλοποιηθεί η εικόνα, τα ημιτονοειδή των ρευμάτων και των τάσεων δεν φαίνονται στο δεδομένο γράφημα, αλλά θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι με μια ενεργή-χωρητική φύση του φορτίου, το διάνυσμα ρεύματος οδηγεί την τάση.

p = u ∙ i = Um ∙ sinωt ∙ ωC ∙ Im ∙ sin (ωt + φ).

Μετά από μετασχηματισμούς παίρνουμε: p = P ∙ (1- cos 2ωt) + Q ∙ sin2ωt.

Αυτοί οι δύο όροι στην τελευταία έκφραση είναι τα ενεργά και τα αντιδραστικά συστατικά της στιγμιαίας φαινομενικής ισχύος. Μόνο το πρώτο από αυτά κάνει χρήσιμη δουλειά.

Εργαλεία μέτρησης ισχύος

Για την ανάλυση της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας και τον υπολογισμό της, χρησιμοποιούνται συσκευές μέτρησης, οι οποίες ονομάζονται από καιρό «Μετρητές»… Το έργο τους βασίζεται στη μέτρηση των ενεργών τιμών του ρεύματος και της τάσης και στον αυτόματο πολλαπλασιασμό τους με μια έξοδο πληροφοριών.

Οι μετρητές εμφανίζουν την κατανάλωση ενέργειας μετρώντας το χρόνο λειτουργίας των ηλεκτρικών συσκευών σε σταδιακή βάση από τη στιγμή που ο μετρητής τίθεται σε λειτουργία υπό φορτίο.

Για να μετρήσετε το ενεργό στοιχείο ισχύος σε κυκλώματα AC, βατόμετρα, και αντιδραστικά - βαρόμετρο. Έχουν διαφορετικούς χαρακτηρισμούς μονάδων:

• watt (W, W);

• var (var, var, var).

Για να προσδιορίσετε τη συνολική κατανάλωση ενέργειας, είναι απαραίτητο να υπολογίσετε την τιμή της χρησιμοποιώντας τον τύπο τριγώνου ισχύος με βάση τις ενδείξεις του βατόμετρου και του βαρόμετρου. Εκφράζεται σε δικές του μονάδες - βολτ-αμπέρ.

Οι αποδεκτοί χαρακτηρισμοί των μονάδων καθενός βοηθούν τους ηλεκτρολόγους να κρίνουν όχι μόνο την αξία του, αλλά και τη φύση του στοιχείου ισχύος.