Potenza di tensione corrente nei circuiti CA

L'angolo di fase tra corrente e tensione dipende dal rapporto tra le resistenze attive e reattive incluse nel circuito elettrico.

Un aumento della resistenza attiva porta ad una diminuzione dell'angolo di sfasamento e, di conseguenza, ad un aumento del coseno di questo angolo e ad un aumento del fattore di potenza. Un carico induttivo collegato al circuito, al contrario, aumenta l'angolo di fase e quindi abbassa il fattore di potenza. gregge sottocarico dovuto al fatto che su una macchina di elaborazione ad alta potenza piccole parti; errata scelta della potenza del motore installato sulla macchina; scarsa qualità della riparazione del motore; cattiva lubrificazione, ecc.

Sotto il normale carico del motore, il suo fattore di potenza è 0,83 - 0,85. Quando il motore è al minimo, il suo fattore di potenza diminuisce ed è 0,1-0,3

Per migliorare il fattore di potenza, i condensatori sono collegati in parallelo al carico induttivo. La reattanza capacitiva di questi condensatori è selezionata in modo tale che sia approssimativamente uguale alla reattanza induttiva. In questo caso, anche la corrente capacitiva sarà approssimativamente uguale alla corrente induttiva.

In questo caso, l'angolo di sfasamento tra corrente e tensione diminuisce e il fattore di potenza aumenta a 0,85 - 0,9.

Esempio 7. Potenza totale dell'impianto elettrico S= 800 V *A. Un wattmetro che misura la parte attiva della potenza mostra che è di 720 watt. Determinare il fattore di potenza cos

Soluzione

Fattore di potenza Ciò significa che il 90% della potenza totale viene consumata come potenza attiva per lavoro utile, e il 10% è dovuto alla presenza di potenza reattiva inutile.

Esempio 8. Fai un calcolo circuito elettrico corrente alternata, che comprende una bobina induttiva con una resistenza induttiva = 30 Ohm e resistenza attiva R= 40 ohm. La tensione ai capi della bobina induttiva è di 120V. Definire:

1) impedenza Catene;

2) intensità di corrente nella bobina induttiva;

3) fattore di potenza;

4) angolo di fase tra corrente e tensione;

5) potenza totale, attiva e reattiva.

Soluzione

1. Resistenza del circuito completo

2. Corrente nel circuito

L'energia elettrica è il tipo di energia più comune e può essere giustamente considerata la base della civiltà moderna. Lei trovò ampia applicazione nella vita quotidiana e in tutti i rami dell'economia nazionale. È difficile elencare tutti i nomi degli elettrodomestici: frigoriferi, lavatrici, condizionatori d'aria, ventilatori, televisori, registratori, illuminazione eccetera. È impossibile immaginare un'industria senza energia elettrica. IN agricoltura l'uso dell'elettricità è in continua espansione: nutrire e abbeverare gli animali, prendersi cura di loro, riscaldamento e ventilazione, incubatrici, riscaldatori, essiccatori, ecc.

Corrente elettrica e sua potenza

La scienza moderna non è ancora in grado di spiegare completamente la natura dell'elettricità. Tuttavia, siamo abbastanza soddisfatti dell'idea che la corrente elettrica sia un movimento diretto di elettroni in un conduttore. E che questa stessa corrente può funzionare, ad esempio, far ruotare un motore elettrico, riscaldare una stufa elettrica, dare luce. Questo lavoro è una conseguenza del fatto che sotto l'azione campo elettrico c'è un trasferimento, movimento di elettroni in un conduttore, che significa anche fare del lavoro.

Come ricorderete, la corrente elettrica è caratterizzata da due parametri principali: tensione e corrente.

Voltaggioè la differenza di potenziale tra i due poli di una sorgente di corrente con un circuito elettrico chiuso.

Forza attualeè la quantità di elettricità che passa attraverso la sezione trasversale del circuito in un secondo.

È facile vedere che entrambi i termini "tensione" e "corrente" non sono primari, sono definiti attraverso altri concetti, in questo caso "potenziale" e "quantità di elettricità". Ma ancora una volta, non approfondiremo le teorie fisiche, limitandoci alle definizioni di cui sopra, prendendole come primarie. Alla fine, è importante solo per noi imparare come applicare questi concetti nella pratica.

Naturalmente, sai da scuola che la tensione è solitamente indicata dalla lettera U e l'unità di tensione è il volt (V). La forza attuale è misurata in ampere (A) ed è indicata dalla lettera latina I.

Come già accennato nel precedente articolo, la capacità di produrre lavoro è caratterizzata da una quantità chiamata energia. E il rapporto tra il lavoro svolto in un certo periodo di tempo e questo periodo di tempo si chiama potere. Poiché anche la corrente può funzionare, anche in questo caso vale il concetto di potenza.

Energia permanente corrente elettrica indicato dalla lettera P ed è calcolato dalla formula P \u003d U * I, cioè è il prodotto di tensione e corrente. Cioè, maggiore è la tensione e l'intensità della corrente, maggiore è il lavoro svolto per unità di tempo, ovvero maggiore è la potenza della corrente elettrica. Non ci impegneremo a scoprire perché è così, prenderemo questa affermazione per fede (è giustificata in fisica e puoi trovare questa giustificazione se lo desideri).

L'unità di misura della potenza elettrica è il watt (W).

Un watt è la potenza che una corrente elettrica di un ampere sviluppa alla tensione di un volt.

Le unità di potenza maggiori sono:

• 1 chilowatt (kW) = 1000 watt.
• 1 megawatt (MW) = 1000 kW.

Unità più piccole:

• 1 milliwatt (mW) = 10 -3 W;
• 1 microwatt (mkw) = 10 -6 watt.

Il potere si incontrerà nella valutazione pannelli solari, generatori eolici e altri dispositivi in ​​grado di produrre corrente elettrica.

Circuito elettrico

Circuito elettrico- un insieme di dispositivi, elementi progettati per il flusso di corrente elettrica, processi elettromagnetici in cui possono essere descritti utilizzando i concetti di corrente e tensione.

I circuiti elettrici sono divisi in lineari e non lineari. I circuiti lineari sono quelli costituiti solo da elementi lineari: conduttori, resistenze, condensatori, induttori senza nuclei ferromagnetici. Per gli elementi lineari la resistenza elettrica è costante e la corrente è direttamente proporzionale alla tensione, espressa dalla nota legge di Ohm:

L'intensità di corrente in una sezione del circuito è direttamente proporzionale alla tensione e inversamente proporzionale alla resistenza elettrica di questa sezione del circuito,

Questo rapporto esprime la legge di Ohm per una sezione omogenea del circuito: l'intensità della corrente nel conduttore è direttamente proporzionale alla tensione applicata e inversamente proporzionale alla resistenza del conduttore. Il valore di R è solitamente chiamato resistenza elettrica. In SI, l'unità di resistenza elettrica dei conduttori è l'ohm (Ohm). Una sezione del circuito ha una resistenza di 1 ohm, in cui, a una tensione di 1 V, sorge una corrente di 1 A. I conduttori che obbediscono alla legge di Ohm sono chiamati lineari.

Va notato che ci sono molti materiali e dispositivi che non obbediscono alla legge di Ohm, ad esempio, diodo a semiconduttore o lampada a gas. Anche per conduttori metallici a correnti sufficientemente elevate, si osserva una deviazione dalla legge lineare di Ohm, poiché la resistenza elettrica dei conduttori metallici aumenta con l'aumentare della temperatura. Cioè, la maggior parte dei circuiti elettrici reali non sono lineari.

I circuiti non lineari contengono elementi la cui resistenza elettrica dipende in modo significativo dalla corrente o dalla tensione, per cui la corrente non è direttamente proporzionale alla tensione. La dipendenza della corrente dalla tensione nei circuiti non lineari è espressa dal cosiddetto caratteristica volt-ampere, ottenuto sperimentalmente e rappresentato da qualche grafico nel sistema di coordinate "corrente-tensione".

Gli elementi non lineari (amplificatori, generatori, ecc.) conferiscono ai circuiti elettrici proprietà irraggiungibili nei circuiti lineari (stabilizzazione di tensione o corrente, amplificazione corrente continua e così via.).

corrente alternata

La legge di Ohm, così come è stata formulata dalla tua (I=U/R), è valida solo per i circuiti DC. Pertanto, l'attuale formula di potenza P \u003d I * U funziona anche solo per i circuiti CC. In pratica valore più alto ha un calcolo della potenza nei circuiti CA tensione sinusoidale e attuale.

La potenza nel circuito CA è espressa numero complesso della forma P+i*Q. Allo stesso tempo, la sua parte reale è chiamata potenza attiva, la parte immaginaria è chiamata potenza reattiva.

La potenza attiva caratterizza il tasso di trasformazione irreversibile dell'energia elettrica in altri tipi di energia (termica ed elettromagnetica). La potenza reattiva è un valore che caratterizza i carichi creati nei dispositivi elettrici dalle fluttuazioni dell'energia di un campo elettromagnetico in un circuito di corrente alternata sinusoidale

L'unità di potenza attiva è ancora watt e l'unità di potenza reattiva è volt-ampere reattivo (VAr, VAr, var).

Ma valore pratico Esso ha piena potenza, come valore che descrive i carichi effettivamente imposti dall'utenza sugli elementi della rete di alimentazione (fili, cavi, quadri elettrici, trasformatori, linee elettriche), in quanto tali carichi dipendono dalla corrente consumata, e non dall'energia effettivamente utilizzata da il consumatore.

Piena potenza: un valore pari al prodotto valori effettivi corrente elettrica periodica I nel circuito e tensione U ai suoi capi: S=U*I; è legato alla potenza attiva e reattiva dalla relazione: S = sqrt , dove P è la potenza attiva, Q è la potenza reattiva, sqrt è il simbolo della radice quadrata.

L'unità di misura della potenza elettrica apparente è il volt-ampere (VA, VA).

13 POTENZA NEI CIRCUITI AC

Nella maggior parte dei casi, i circuiti elettrici contengono sia resistenze attive che reattive. Tali circuiti includono, in particolare, motori CA, trasformatori e altri dispositivi. In questi circuiti c'è uno sfasamento  tra la tensione U e la corrente I. Se al circuito viene applicata una tensione sinusoidale

quindi la corrente nel circuito

Circuito di potenza istantanea

L'espressione tra parentesi quadre può essere rappresentata sulla base della formula trigonometrica come differenza dei coseni

Così,

Il valore medio della potenza istantanea per il periodo è pari a UL cos , poiché il valore medio di cos (2wt - ) per il periodo è zero. Pertanto, la potenza attiva dei circuiti CA è determinata nel caso generale dalla formula

Il fattore cos  è chiamato fattore di potenza.

Dato che noi abbiamo

La potenza attiva è misurata in watt (W) o kilowatt (KW).

Il prodotto Pt si chiama energia attiva e si misura in Wsec o kWh: 1 kWh = 3800 Wsec (J).

L'energia attiva consumata dal circuito elettrico viene completamente convertita in calore nella resistenza attiva di questo circuito e non ritorna alla fonte.

Se i valori dei lati del triangolo di resistenza (Fig. 165, a) vengono moltiplicati per il valore di I 2 (Fig. 165, b), otteniamo un triangolo di potenza (Fig. 165, c). Tutti i lati di questo triangolo, mostrati separatamente in Fig. 166 rappresentano poteri.

La gamba adiacente all'angolo  è la potenza attiva P a noi nota:

La potenza attiva nei circuiti CA viene convertita in calore. Nei motori a corrente alternata, la maggior parte della potenza attiva viene convertita in potenza meccanica, anche il resto viene convertito in calore.

La gamba opposta all'angolo  è la potenza reattiva Q:

La potenza reattiva è dovuta alla presenza di campi magnetici ed elettrici nei circuiti elettrici.

Come già accennato, la potenza reattiva caratterizza l'intensità dello scambio di energia tra la sorgente, da un lato, ei campi magnetico ed elettrico, dall'altro.

La potenza reattiva viene misurata in volt-ampere reattivi (var) o kilovolt-ampere reattivi (tar).

L'ipotenusa del triangolo delle potenze è la potenza totale S:

Si misura in volt-ampere ( wa) o kilovolt-ampere ( qua). Il valore della potenza totale pari al prodotto di UI determina le dimensioni principali (dimensioni maggiori) di generatori e trasformatori. Infatti, l'entità della corrente I determina la sezione dei cavi di generatori e trasformatori richiesta dalle condizioni di riscaldamento, e il numero di spire degli avvolgimenti, il loro isolamento, nonché le dimensioni dei circuiti magnetici sono proporzionali alla tensione U.

Pertanto, maggiori sono i valori U e I per i quali vengono calcolati generatori e trasformatori, maggiori dovrebbero essere le loro dimensioni.

Si consideri il circuito elettrico mostrato in Fig. 167, che comprende resistenze induttive e attive e strumenti di misura - amperometro, voltmetro e wattmetro. Il dispositivo del wattmetro sarà discusso in seguito (vedi capitolo undici).

1. Se colleghi questo circuito a una tensione costante U \u003d 120 V, quindi, poiché la reattanza induttiva x L a corrente continua sarà zero, una resistenza attiva r rimane nel circuito e quindi

L'amperometro mostrerà una corrente di 5 a .

Energia

Il wattmetro mostrerà 600 watt. La lettura di un wattmetro collegato a un circuito CC è uguale al prodotto delle letture di un voltmetro e di un amperometro.

2. Colleghiamo lo stesso circuito alla tensione alternata U= 120v.

In questo caso

Corrente del circuito

L'amperometro mostrerà una corrente di 4 a.

Calcolare la potenza utilizzata per il riscaldamento:

In effetti, la potenza attiva consumata dal circuito è

La lettura del wattmetro in questo caso sarà di 384 watt.

Piena potenza

Pertanto il generatore che alimenta questo circuito eroga una potenza complessiva di S = 480 VA. Ma nel circuito stesso, solo la potenza attiva P = 384 watt. irrevocabilmente convertito in calore.

Da ciò si può vedere che un circuito a corrente alternata, che contiene resistenza induttiva insieme a resistenza attiva, di tutta l'energia che riceve, solo una parte la spende in calore. E il resto - energia reattiva - entra nel circuito dal generatore e viene immagazzinato nel campo magnetico della bobina, quindi ritorna al generatore.

Bilancio di potenza nei circuiti in corrente alternata Fattore di potenzaÈ energeticamente redditizio far funzionare un generatore o un'apparecchiatura elettrica se esegue il massimo lavoro. Il lavoro nel circuito elettrico è determinato dalla potenza attiva P. Il fattore di potenza mostra l'efficienza con cui viene utilizzato il generatore o l'apparecchiatura elettrica λ=P/S=cosφ≤1 Quando il fattore di potenza diminuisce, il costo dell'elettricità consumata aumenta.Modi per aumentare il fattore di potenza La potenza è massima quando P = S, cioè nel caso di un circuito resistivo. Il generatore effettua solo conversioni energetiche irreversibili e non partecipa ai processi oscillatori di scambio energetico con il campo elettromagnetico dei ricevitori, nella modalità di massima potenza. I consumatori di energia elettrica hanno principalmente un circuito equivalente dell'elemento RL, pertanto è possibile un aumento del fattore di potenza mediante compensazione della potenza reattiva collegando un elemento capacitivo (QL-QC), il collegamento di un elemento capacitivo riduce la corrente nella linea elettrica, che consente di ridurre la sezione dei cavi elettrici e ciò comporta un risparmio di materiali elettricamente conduttivi. Il valore del fattore di potenza nei sistemi di alimentazione dipende dal buon funzionamento degli impianti e dei dispositivi elettrici. cosφ può diminuire se le unità funzionano a vuoto o sotto carico.