Co to jest zasilanie elektryczne?

Współczesny człowiek nieustannie styka się z elektrycznością w życiu codziennym iw pracy, korzysta z urządzeń pobierających prąd elektryczny oraz urządzeń, które go generują. Pracując z nimi, zawsze należy brać pod uwagę ich możliwości związane z właściwościami technicznymi.

Jednym z głównych wskaźników każdego urządzenia elektrycznego jest taka wielkość fizyczna jak energia elektryczna... Zwyczajowo nazywa się intensywność lub szybkość wytwarzania, przesyłania lub przekształcania energii elektrycznej w inne rodzaje energii, na przykład ciepło, światło, mechaniczny.

Transport lub przesyłanie dużej energii elektrycznej do celów przemysłowych odbywa się zgodnie z art linie wysokiego napięcia.

Transformacja energia elektryczna odbywa się na stacjach transformatorowych.

Zużycie energii elektrycznej występuje w urządzeniach domowych i przemysłowych do różnych celów. Jednym z ich typowych typów są żarówki o różnej mocy.

Moc elektryczna generatorów, linii elektroenergetycznych i odbiorników w obwodach prądu stałego i przemiennego ma to samo znaczenie fizyczne, które jest jednocześnie wyrażane w różnych stosunkach w zależności od kształtu sygnałów złożonych. Aby zdefiniować ogólne wzorce, pojęcia wartości chwilowych... Ponownie podkreślają zależność szybkości przemian energii elektrycznej od czasu.

Wyznaczanie chwilowej mocy elektrycznej

W elektrotechnice teoretycznej w celu wyprowadzenia podstawowych zależności między prądem, napięciem i mocą wykorzystuje się ich obrazy w postaci wartości chwilowych, które są ustalane w określonym momencie czasu.

Jeżeli w bardzo krótkim czasie ∆t pojedynczy ładunek elementarny q pod wpływem napięcia U przemieści się z punktu „1” do punktu „2”, to wykona on pracę równą różnicy potencjałów między tymi punktami. Dzieląc to przez przedział czasu ∆t, otrzymujemy wyrażenie na moc chwilową przypadającą na jednostkę ładunku Pe (1-2).

Ponieważ nie tylko pojedynczy ładunek porusza się pod działaniem przyłożonego napięcia, ale także wszystkie sąsiednie, które są pod wpływem tej siły, których liczba jest dogodnie reprezentowana przez liczbę Q, to chwilowa wartość mocy PQ (1-2) można dla nich napisać.

Po wykonaniu prostych przekształceń otrzymujemy wyrażenie na moc P i zależność jej wartości chwilowej p(t) od składowych iloczynu prądu chwilowego i(t) i napięcia u(t).

Wyznaczanie stałej mocy elektrycznej

V Obwody prądu stałego wielkość spadku napięcia w odcinku obwodu i przepływający przez niego prąd nie zmienia się i pozostaje stabilny, równy wartościom chwilowym.Dlatego moc w tym obwodzie można określić, mnożąc te wartości lub dzieląc idealną pracę A przez okres jej wykonania, jak pokazano na rysunku wyjaśniającym.

Wyznaczanie mocy elektrycznej prądu przemiennego

Prawa sinusoidalnej zmiany prądów i napięć przesyłanych przez sieci elektryczne wywierają wpływ na wyrażanie mocy w takich obwodach. W grę wchodzi tutaj moc pozorna, która jest opisana trójkątem mocy i składa się ze składowych czynnych i biernych.

Sinusoidalny prąd elektryczny przepływający przez linie elektroenergetyczne z mieszanymi rodzajami obciążeń we wszystkich sekcjach nie zmienia kształtu swojej harmonicznej, a spadek napięcia przy obciążeniach biernych przesuwa się fazowo w określonym kierunku. Wyrażenia wartości momentu pomagają zrozumieć wpływ przyłożonych obciążeń na zmianę mocy w obwodzie i jej kierunek.

Jednocześnie od razu zwróć uwagę na fakt, że kierunek przepływu prądu od generatora do odbiornika i przesyłana moc przez utworzony obwód to zupełnie inne rzeczy, które w niektórych przypadkach mogą nie tylko nie pokrywać się, ale także być skierowane w przeciwnych kierunkach.

Rozważ te relacje w ich idealnej, czystej manifestacji dla różnych typów obciążeń:

• aktywny;

• pojemnościowy;

• indukcyjny.

Rozpraszanie mocy obciążenia czynnego

Załóżmy, że generator wytwarza idealne napięcie sinusoidalne u, które jest przykładane do czysto czynnej rezystancji obwodu. Amperomierz A i woltomierz V mierzą prąd I i napięcie U za każdym razem t.

Wykres pokazuje, że sinusoidy prądu i spadek napięcia na rezystancji czynnej pasują do siebie pod względem częstotliwości i fazy, powodując te same oscylacje. Siła wyrażona przez ich iloczyn oscyluje z dwukrotnie większą częstotliwością i zawsze pozostaje dodatnia.

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

Jeśli przejdziemy do wyrażenia napięcie robocze, to otrzymujemy: p = P ∙ (1-cos2ωt).

Następnie scałkujemy moc po okresie jednej oscylacji T i będziemy w stanie zauważyć, że przyrost energii ∆W w tym przedziale wzrasta. Z biegiem czasu opór nadal zużywa nowe porcje energii elektrycznej, jak pokazano na wykresie.

W przypadku obciążeń reaktywnych charakterystyka zużycia energii jest inna, mają inny kształt.

Rozpraszanie mocy pojemnościowej

W obwodzie elektrycznym generatora zastąp element rezystancyjny kondensatorem o pojemności C.

Zależność między prądem a spadkiem napięcia na pojemności wyraża stosunek: I = C ∙ dU / dt = ω ∙ C ∙ Um ∙ cosωt.

Mnożymy wartości chwilowych wyrażeń prądu przez napięcie i otrzymujemy wartość mocy pobieranej przez obciążenie pojemnościowe.

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

Tutaj widać, że moc oscyluje wokół zera przy dwukrotnie większej częstotliwości przyłożonego napięcia. Jego całkowita wartość dla okresu harmonicznego, jak również zysk energetyczny, wynosi zero.

Oznacza to, że energia porusza się wzdłuż obwodu zamkniętego obwodu w obu kierunkach, ale nie wykonuje pracy.Fakt ten tłumaczy się tym, że gdy napięcie źródła wzrasta do wartości bezwzględnej, moc jest dodatnia, a przepływ energii przez obwód jest kierowany do pojemnika, w którym energia jest gromadzona.

Po przejściu napięcia do opadającej części harmonicznej energia jest zwracana z kondensatora do obwodu do źródła. Żadna użyteczna praca nie jest wykonywana w żadnym z procesów.

Straty mocy w obciążeniu indukcyjnym

Teraz w obwodzie zasilającym zamień kondensator na indukcyjność L.

Tutaj prąd przepływający przez indukcyjność jest wyrażony przez stosunek:

ja = 1 / L∫udt = -Um / ωL ∙ cos ωt.

Wtedy dostajemy

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

Otrzymane wyrażenia pozwalają nam zobaczyć naturę zmiany kierunku mocy i przyrostu energii na indukcyjności, która wykonuje te same oscylacje, które są bezużyteczne do wykonania pracy, jak na pojemności.

Moc uwalniana w obciążeniach biernych nazywana jest składową bierną. W idealnych warunkach, gdy przewody łączące nie mają czynnej rezystancji, wydaje się to nieszkodliwe i nie powoduje żadnych szkód. Jednak w warunkach mocy rzeczywistej okresowe stany przejściowe i wahania mocy biernej powodują nagrzewanie się wszystkich elementów czynnych, w tym przewodów przyłączeniowych, przez co część energii jest zużywana, a wartość zastosowanej pełnej mocy źródła maleje.

Główna różnica między reaktywnym składnikiem mocy polega na tym, że w ogóle nie wykonuje użytecznej pracy, ale prowadzi do strat energii elektrycznej i nadmiernych obciążeń urządzeń, które są szczególnie niebezpieczne w sytuacjach krytycznych.

Z tych powodów, aby wyeliminować wpływ mocy biernej, zwł systemy techniczne do jej kompensacji.

Dystrybucja mocy przy mieszanym obciążeniu

Jako przykład używamy obciążenia generatora o aktywnej charakterystyce pojemnościowej.

Aby uprościć obraz, sinusoidy prądów i napięć nie są pokazane na danym wykresie, ale należy pamiętać, że przy czynno-pojemnościowym charakterze obciążenia wektor prądu wyprzedza napięcie.

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

Po przekształceniach otrzymujemy: p = P ∙ (1- cos 2ωt) + Q ∙ sin2ωt.

Te dwa wyrazy w ostatnim wyrażeniu są aktywnymi i reaktywnymi składnikami chwilowej mocy pozornej. Tylko pierwszy z nich wykonuje użyteczną pracę.

Narzędzia do pomiaru mocy

Aby przeanalizować zużycie energii elektrycznej i obliczyć dla niej, stosuje się urządzenia pomiarowe, które od dawna nazywane są «Liczniki»… Ich praca opiera się na pomiarze efektywnych wartości prądu i napięcia i automatycznym przemnożeniu ich przez wyjście informacyjne.

Liczniki wyświetlają zużycie energii, zliczając narastająco czas pracy urządzeń elektrycznych od momentu włączenia licznika pod obciążeniem.

Aby zmierzyć składową czynną mocy w obwodach prądu przemiennego, watomierze, a reaktywne - varomierze. Mają różne oznaczenia jednostek:

• wat (W, W);

• var (var, var, var).

Aby określić całkowite zużycie energii, konieczne jest obliczenie jego wartości za pomocą wzoru trójkąta mocy na podstawie odczytów watomierza i waromierza. Wyraża się go we własnych jednostkach — woltoamperach.

Przyjęte oznaczenia jednostek każdego z nich pomagają elektrykom ocenić nie tylko jego wartość, ale także charakter elementu mocy.