Πώς να βρείτε την ισχύ σε ένα κύκλωμα AC

Το εναλλασσόμενο ρεύμα δεν είναι το ίδιο με το συνεχές ρεύμα. Όλοι γνωρίζουν ότι το συνεχές ρεύμα μπορεί να θερμάνει ένα ενεργό φορτίο R. Και αν ξεκινήσετε να ενεργοποιείτε ένα κύκλωμα που περιέχει έναν πυκνωτή C με συνεχές ρεύμα, μόλις φορτιστεί, αυτός ο πυκνωτής δεν θα περάσει άλλο ρεύμα από το κύκλωμα.

Το πηνίο L σε ένα κύκλωμα συνεχούς ρεύματος μπορεί συνήθως να συμπεριφέρεται σαν μαγνήτης, ειδικά εάν περιέχει σιδηρομαγνητικό πυρήνα. Σε αυτήν την περίπτωση, το καλώδιο πηνίου που έχει ενεργή αντίσταση δεν θα διαφέρει σε καμία περίπτωση από την αντίσταση R που είναι συνδεδεμένη σε σειρά με το πηνίο (και της ίδιας βαθμολογίας με την ωμική αντίσταση του καλωδίου πηνίου).

Είτε έτσι είτε αλλιώς, σε ένα κύκλωμα συνεχούς ρεύματος όπου το φορτίο αποτελείται μόνο από παθητικά στοιχεία, παροδικές διαδικασίες τελειώνουν σχεδόν μόλις αρχίσει να ταΐζει και δεν φαίνονται πλέον.

Εναλλασσόμενο ρεύμα και ενεργά στοιχεία

Όσον αφορά ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος, σε αυτό τα μεταβατικά έχουν τη σημαντικότερη, αν όχι καθοριστική, σημασία, και κάθε στοιχείο ενός τέτοιου κυκλώματος ικανό όχι μόνο να διαχέει ενέργεια με τη μορφή θερμότητας ή μηχανικής εργασίας, αλλά και ικανό για το λιγότερο Η συσσώρευση ενέργειας με τη μορφή ηλεκτρικού ή μαγνητικού πεδίου θα επηρεάσει το ρεύμα, προκαλώντας ένα είδος μη γραμμικής απόκρισης, που εξαρτάται όχι μόνο από το πλάτος της εφαρμοζόμενης τάσης, αλλά και από τη συχνότητα του ρεύματος που διέρχεται.

Έτσι, με το εναλλασσόμενο ρεύμα, η ισχύς όχι μόνο διαχέεται με τη μορφή θερμότητας στα ενεργά στοιχεία, αλλά μέρος της ενέργειας συσσωρεύεται διαδοχικά και στη συνέχεια επιστρέφει πίσω στην πηγή ενέργειας. Αυτό σημαίνει ότι τα χωρητικά και επαγωγικά στοιχεία αντιστέκονται στη διέλευση εναλλασσόμενου ρεύματος.

Στο κύκλωμα ημιτονοειδές εναλλασσόμενο ρεύμα Ο πυκνωτής φορτίζεται πρώτα για τη μισή περίοδο και κατά τη διάρκεια της επόμενης μισής περιόδου αποφορτίζεται, επιστρέφοντας τη φόρτιση στο δίκτυο, και ούτω καθεξής κάθε μισή περίοδο του ημιτονοειδούς κύματος δικτύου. Ένας επαγωγέας σε ένα κύκλωμα AC δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο κατά το πρώτο τέταρτο μιας περιόδου και κατά το επόμενο τέταρτο αυτού του μαγνητικού πεδίου μειώνεται, η ενέργεια με τη μορφή ρεύματος επιστρέφει πίσω στην πηγή. Έτσι συμπεριφέρονται τα αμιγώς χωρητικά και αμιγώς επαγωγικά φορτία.

Με ένα καθαρά χωρητικό φορτίο, το ρεύμα οδηγεί την τάση κατά το ένα τέταρτο της περιόδου του ημιτονοειδούς κύματος του δικτύου, δηλαδή κατά 90 μοίρες, εάν το δούμε τριγωνομετρικά (όταν η τάση στον πυκνωτή φτάσει στο μέγιστο, το ρεύμα μέσω αυτού είναι μηδέν , και όταν η τάση αρχίζει να περνάει από το μηδέν, το ρεύμα στο κύκλωμα φορτίου θα είναι μέγιστο).

Με ένα καθαρά επαγωγικό φορτίο, το ρεύμα καθυστερεί την τάση κατά 90 μοίρες, δηλαδή υστερεί κατά το ένα τέταρτο της ημιτονοειδούς περιόδου (όταν η τάση που εφαρμόζεται στην επαγωγή είναι μέγιστη, το ρεύμα αρχίζει μόνο να αυξάνεται). Για ένα καθαρά ενεργό φορτίο, το ρεύμα και η τάση δεν υστερούν το ένα από το άλλο σε καμία χρονική στιγμή, δηλαδή είναι αυστηρά σε φάση.

Συνολική, άεργος και ενεργός ισχύς, συντελεστής ισχύος

Αποδεικνύεται ότι εάν το φορτίο στο κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος δεν είναι απόλυτα ενεργό, τότε υπάρχουν απαραίτητα ενεργά στοιχεία: αυτά με επαγωγικό στοιχείο των περιελίξεων των μετασχηματιστών και των ηλεκτρικών μηχανών, πυκνωτών και άλλων χωρητικών στοιχείων με χωρητικό εξάρτημα, ακόμα και μόνο η αυτεπαγωγή των συρμάτων κλπ. .n.

Ως αποτέλεσμα, σε ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος, η τάση και το ρεύμα είναι εκτός φάσης (όχι στην ίδια φάση, που σημαίνει ότι τα μέγιστα και ελάχιστα δεν συμπίπτουν με το μέγιστο — με το μέγιστο και το ελάχιστο με το ελάχιστο ακριβώς) και υπάρχει πάντα κάποια υστέρηση του ρεύματος από την τάση κατά μια ορισμένη γωνία, η οποία συνήθως ονομάζεται φι. Και το μέγεθος του συνημιτόνου φι ονομάζεται συντελεστής ισχύος, αφού το συνημίτονο phi είναι στην πραγματικότητα ο λόγος της ενεργού ισχύος R, που καταναλώνεται ανεπανόρθωτα στο κύκλωμα φορτίου, προς τη συνολική ισχύ S που αναγκαστικά διέρχεται από το φορτίο.

Η πηγή εναλλασσόμενης τάσης παρέχει τη συνολική ισχύ S στο κύκλωμα φορτίου, ένα μέρος αυτής της συνολικής ισχύος επιστρέφεται κάθε τέταρτο της περιόδου πίσω στην πηγή (αυτό το τμήμα που επιστρέφει και περιπλανάται μπρος-πίσω ονομάζεται αντιδραστικό συστατικό Q), και μέρος καταναλώνεται με τη μορφή ενεργού ισχύος P — με τη μορφή θερμότητας ή μηχανικής εργασίας.

Προκειμένου ένα φορτίο που περιέχει αντιδραστικά στοιχεία να λειτουργήσει όπως προβλέπεται, πρέπει να τροφοδοτείται από μια πηγή ηλεκτρικής ενέργειας σε πλήρη ισχύ.

Πώς να υπολογίσετε τη φαινόμενη ισχύ σε ένα κύκλωμα AC

Για να μετρήσετε τη συνολική ισχύ S του φορτίου στο κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος, αρκεί να πολλαπλασιάσετε το ρεύμα I και την τάση U, ή μάλλον τις μέσες (αποτελεσματικές) τιμές τους, οι οποίες είναι εύκολο να μετρηθούν με ένα βολτόμετρο και αμπερόμετρο εναλλασσόμενου ρεύματος ( Αυτές οι συσκευές δείχνουν ακριβώς τη μέση, αποτελεσματική τιμή, η οποία για ένα μονοφασικό δίκτυο δύο καλωδίων είναι μικρότερη από το πλάτος 1,414 φορές). Με αυτόν τον τρόπο, θα γνωρίζετε πόση ενέργεια πηγαίνει από την πηγή στον δέκτη. Οι μέσες τιμές λαμβάνονται επειδή σε ένα συμβατικό δίκτυο το ρεύμα είναι ημιτονοειδές και πρέπει να παίρνουμε την ακριβή τιμή της ενέργειας που καταναλώνεται κάθε δευτερόλεπτο.

Πώς να υπολογίσετε την ενεργή ισχύ σε ένα κύκλωμα AC

Εάν το φορτίο είναι καθαρά ενεργού χαρακτήρα, για παράδειγμα, είναι ένα πηνίο θέρμανσης από νιχρώμιο ή ένας λαμπτήρας πυρακτώσεως, τότε μπορείτε απλά να πολλαπλασιάσετε τις ενδείξεις του αμπερόμετρου και του βολτόμετρου, αυτή θα είναι η ενεργή κατανάλωση ισχύος P. Αλλά εάν το φορτίο έχει ενεργό-αντιδραστικό χαρακτήρα, τότε ο υπολογισμός θα πρέπει να γνωρίζει συνημίτονο phi, δηλαδή συντελεστή ισχύος.

Ειδική ηλεκτρική συσκευή μέτρησης — μετρητής φάσης, θα σας επιτρέψει να μετρήσετε απευθείας το συνημίτονο phi, δηλαδή να λάβετε την αριθμητική τιμή του συντελεστή ισχύος. Γνωρίζοντας το συνημίτονο phi, μένει να το πολλαπλασιάσουμε με τη συνολική ισχύ S, η μέθοδος υπολογισμού της οποίας περιγράφεται στην προηγούμενη παράγραφο. Αυτή θα είναι η ενεργή ισχύς, το ενεργό συστατικό της ενέργειας που καταναλώνεται από το δίκτυο.

Πώς να υπολογίσετε την άεργο ισχύ

Για να βρείτε άεργο ισχύ, αρκεί να χρησιμοποιήσετε το συμπέρασμα του Πυθαγόρειου θεωρήματος, θέτοντας το τρίγωνο ισχύος ή απλώς πολλαπλασιάστε τη συνολική ισχύ με το ημιτονοειδές.