Izmenični tok, izmenični tok - formula. DC in izmenični tok

Nekdaj sta Edison in Tesla nasprotnika pri uporabi električnega toka v elektroenergetiki. Tesla je menil, da je treba uporabljati izmenični tok in Edison - da morate uporabiti enosmerni tok. Drugi znanstvenik je imel več priložnosti, saj se je ukvarjal s poslovanjem, toda Tesla je sčasoma uspelo zmagati, ker je bil preprosto pravi.

Uvod

Izmenični tok je veliko bolj učinkovit za uporabo pri prenosu energije. Oglejmo si, kako se izračuna moč AC, ker je izmenični tok moč, ki se prenaša na daljavo.

Izračun moči

Recimo, da imamo generator napetosti, ki je povezan z obremenitvijo. izhod generatorja, med dvema točkama na terminalih, napetost spreminja sinusno in jih s poljuben obremenitev: tuljavo, odpornost, kondenzator, električni motor.

V tokokrogu obremenitve teče tok, ki se spreminja po harmoničnem zakonu. Naša naloga je ugotoviti, kaj je enako moči bremena, ki jo porabi generator. Na voljo imamo generator. Vir podatkov so smer vnosa, ki se razlikuje glede na usklajeno pravilo:

(U (t) = U (m) cos w t)

Load je najbolj poljuben koncept.

Tok v obremenitvi in ​​s tem v žicah, ki prinašajo moč obremenitvi, se bo razlikovalo. Frekvenca tokovnih nihanj bo enaka kot frekvenca nihajnih napetosti, obstaja pa tudi koncept faznega premika v intervalih tokovnih in napetih nihanj:

(I (t) = I (m) cos w t)

Nadaljnji izračuni

Zmogljivost indikatorjev bo enaka produktu:

P (t) = I (t) U (t)

Ta zakon ostaja veljaven tako za izmenični tok z močjo, ki jo je treba izračunati, in za konstanto.

(I (t) = I (m) cos (wt + J)

AC napajanje z izmeničnim tokom se izračuna z uporabo treh formul. Navedeni izračuni se nanašajo na osnovno formulo, ki izhaja iz definicije toka in napetosti.

Če je del verige homogen in za ta del verige lahko uporabimo zakon Ohma, taki izračuni tukaj ne moremo uporabiti, saj ne poznamo narave bremena.

Ugotovite rezultat

V tej formuli nadomestimo vrednosti toka in napetosti, nato pa bomo s pomočjo poznavanja trigonometričnih formul pomagali:

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

To formulo uporabljamo in pridobimo izračune:

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

Po poenostavitvi rezultatov dobimo:

P (t) = I (m) U (m) / 2 cos (wt + J) + I (m) U (m) cosJ

Poglejmo si to formulo. Tu je prvi termin odvisen od časa, se spreminja v skladu s harmonskim zakonom, drugi pa konstantna vrednost. Napajanje na izmenični tok je sestavljeno iz konstantne in izmenične komponente.

Če je moč pozitivna, potem breme črpa energijo iz generatorja. Pri negativni moči, nasprotno, obremenitev potegne generator.

Najdemo povprečno vrednost moči v določenem časovnem obdobju. Za to je delo, ki ga opravi električni tok, deljeno z vrednostjo tega obdobja.

Moč trofaznega AC vezja je vsota spremenljivke in DC komponent.

Aktivna in reaktivna moč

Mnogi fizični procesi lahko predstavljajo analogije drug drugega. Na tej osnovi bomo poskušali razkriti bistvo konceptov aktivne moči izmeničnega toka in reaktivne moči vezja izmeničnega toka.

Steklo je elektrarna, voda je elektrika, cev je kabel ali žica. Čim višje se steklo dvigne, večja je napetost ali pritisk.

Parametri moči v AC omrežju aktivne ali reaktivne vrste so odvisni od tistih elementov, ki porabijo takšno energijo. Aktivna - energija induktivnosti in kapacitivnosti.

Pokažimo jo na kondenzatorju, posodi in steklu. Aktivni so tisti elementi, ki lahko pretvorijo energijo v drugo vrsto. Na primer, v toploto (železo), svetlobo (žarnica), premikanje (motor).

Reaktivna energija

Pri simulaciji reaktivne energije se napetost poveča, kapacitivnost pa se napolni. Ko se napetost zmanjša, se shranjena energija vrne skozi žico nazaj v elektrarni. To se ponovi ciklično.

Sami pomen reaktivnih elementov je kopičenje energije, ki se nato vrne nazaj ali uporablja za druge funkcije. Ampak to ni zapravljeno. Glavna pomanjkljivost tega izpeljanka je, da ima virtualni plinovod, po katerem poteka energija, upor in odstotek prihrankov porabljen za to.

Celotna moč AC vezja zahteva stroške določenega odstotka napora. Zato se velika podjetja borijo z reaktivno komponento polne zmogljivosti.

Aktivna energija je energija, ki se porabi ali preoblikuje v druge vrste - svetloba, toplota, gibanje, torej v nekakšno delo.

Izkušnje

Za poskuse vzemite kozarec, ki služi kot aktivna komponenta moči. Predstavlja del energije, ki jo je treba porabiti ali preoblikovati v drugo vrsto.

Lahko pijete nekaj energije vode. Skupni faktor moči AC je faktor moči, ki ga sestavljajo reaktivne in aktivne komponente: energija, ki teče skozi cev za vodo in tista, ki se pretvori.

Kako izgleda celotna moč v naši analogiji? Del vode je pijan, ostalo pa bo še naprej potekalo vzdolž cevi. Ker imamo reaktivni kapacitivni element - kondenzator ali kapacitivnost, znižamo vodo in začnemo simulirati povečanje in zmanjšanje napetosti. Vidimo lahko, kako voda teče v dveh smereh. Zato se v tem procesu uporabljajo aktivne in reaktivne komponente. Skupaj je to skupna moč.

Pretvorba moči

Aktivna moč se pretvori v drugo vrsto energije, na primer pri mehanskem gibanju ali ogrevanju. Reaktivna moč, ki se nabira v reaktivnem elementu, se kasneje vrne nazaj.

Skupna moč je geometrijska vsota aktivne in reaktivne moči.

Za izračun uporabljamo trigonometrične funkcije. Fizični pomen izračuna je naslednji. Vzemi pravokotni trikotnik, v katerem je ena stran 90 stopinj. Ena od strank je njegova hipotenuza. Obstaja sosednja in nasproti pravega kota noge.

Kosinus predstavlja relacija, ki določa dolžino sosednje noge glede na dolžino hipotenuze.

Sinus kota je vrsta razmerja, ki je dolžina nasprotne noge glede na hipotenuzo. Če poznate kot in dolžino obeh strani, lahko izračunate vse druge kota in dolžino.

V tem trikotniku lahko vzamete dolžino hipotenuse in sosednje noge ter izračunate ta kot s pomočjo funkcije trigonometrične kosinusne funkcije. Z uporabo takega znanja se izračuna moč DC in AC.

Za izračun kota lahko uporabite inverzno funkcijo kosinusa. Dobimo potreben rezultat izračuna. Za izračun dolžine nasprotne noge lahko izračunate sinus in dobite razmerje nasprotne noge do hipotenuse.

V tem opisu je predlagana izračun moči vezja AC s formulo.

V tokokrogih DC je moč napetosti na enosmerni tok. V tokokrogih AC to pravilo tudi deluje, vendar njegova interpretacija ne bo povsem pravilna.

Induktivnost

Poleg aktivnih elementov, reaktivni elementi - induktivnost in kapacitivnost. V DC tokokrogih, kjer se vrednost amplitude napetosti tokov s časom ne spreminja, se delo tega upora zgodi samo časovno. Induktivnost in kapacitivnost lahko negativno vplivata na omrežje.

Aktivna moč, ki ima trifazni izmenični tokokrog lahko opravlja koristno delo, in reaktivno ne naredi nobene koristno delo, ampak samo uporablja za premagovanje induktivnost in kapacitivnost upor.

Poskusili bomo izpolniti izkušnje. Vzemite vir izmenične napetosti 220 vatov s frekvenco 50Hz, senzorjem napetosti in toka, bremenom, ki je aktiven 1Ω, in induktivnim 1Ω uporom.

Prav tako je stikalo, ki bo v določenem trenutku priključeno, aktivno-kapacitivno obremenitev. Začnimo ta sistem. Zaradi priročnosti uvajamo korekcijske koeficiente napetosti.

Zagon naprave

Ko zaženete napravo, lahko vidite, da napetost in tok omrežja v fazi ne sovpadata. Obstaja prehod z 0, pri katerem je kot - faktor moči omrežja. Manjši je ta kot, večji je faktor moči, ki je označen na vseh AC napravah, na primer električnih strojih ali varilnih transformatorjih.

Kot je odvisen od vrednosti induktivne upornosti. Ko se premik zmanjša, se omrežni tok poveča. Predstavljajte si, da ni mogoče zmanjšati odpornosti tuljave, vendar je treba izboljšati kosinus omrežja. Za to so potrebni kondenzatorji, ki v nasprotju z induktivnostjo presegajo napetost in lahko medsebojno kompenzirajo reaktivno moč.

Povezava točka kondenzator banke 0,05 z ostrim zmanjšanje kosinusa skoraj na 0. Prav tako je velik padec v tok, ki ima kondenzator banka ne amplitude vrednost je precej nižja kot pri kondenzator banke.

Pravzaprav s povezavo kondenzatorske banke je bilo mogoče zmanjšati moč porabljenega toka iz omrežja. To je pozitiven trenutek in omogoča zmanjšanje sedanjega omrežja in varčevanje preseka kablov, transformatorjev, energetske opreme.

Če je odklop induktivnih bremen in odpornost bo prišlo do procesa, ko se bo kosinus omrežja privede do premika faze in velik trenutni val, ki gre v omrežje, in se ne zaužije od tega, kaj se dogaja v generatorskem načinu jalove moči po priključitvi kondenzator banko.

Rezultati

Aktivna moč spet ostane konstantna in enaka nič, ker ni induktivnega upora. Začel se je proces ustvarjanja reaktivne moči v omrežju.

Zato je prednostna naloga kompenzacija reaktivne moči za velika podjetja, ki jih porabijo ogromne količine iz elektroenergetskih sistemov, saj to ne prihrani samo električne opreme, temveč tudi stroške plačevanja reaktivne energije same.

Ta koncept je urejen, podjetje pa plačuje porabljene in generirane zmogljivosti. Tu so nameščeni avtomatski kompenzatorji, ki podpirajo ravnovesje moči na določeni ravni.

Če izklopite močno obremenitev, če ne izklopite kompenzacijske naprave iz omrežja, bo v omrežje nastalo reaktivno moč, kar bo povzročalo težave v napajalnem sistemu.

V vsakdanjem življenju nadomestilo reaktivne moči ni smiselno, saj je poraba energije tukaj precej nižja.

Aktivna in reaktivna energija sta koncepti šolskega tečaja fizike.