Jak znaleźć moc w obwodzie prądu przemiennego

Zasilanie prądem zmiennym to nie to samo, co prąd stały. Wszyscy wiedzą, że prąd stały jest w stanie nagrzać aktywny ładunek R. A jeśli zaczniesz zasilać obwód zawierający kondensator C prądem stałym, gdy tylko zostanie on naładowany, kondensator ten nie będzie przepuszczał już prądu przez obwód.

Cewka L w obwodzie prądu stałego może zwykle zachowywać się jak magnes, zwłaszcza jeśli zawiera rdzeń ferromagnetyczny. W tym przypadku przewód cewki mający rezystancję czynną nie będzie w żaden sposób różny od rezystora R połączonego szeregowo z cewką (o tej samej wartości znamionowej, co rezystancja przewodu cewki).

Tak czy inaczej, w obwodzie prądu stałego, w którym obciążenie składa się wyłącznie z elementów pasywnych, procesy przejściowe kończą się prawie tak szybko, jak zaczyna karmić i już się nie pokazują.

Elementy prądu przemiennego i reaktywne

W przypadku obwodu prądu przemiennego najważniejsze, jeśli nie decydujące znaczenie mają w nim stany przejściowe, a każdy element takiego obwodu jest zdolny nie tylko do rozpraszania energii w postaci ciepła lub pracy mechanicznej, ale także do najmniejszego gromadząca się energia w postaci pola elektrycznego lub magnetycznego będzie oddziaływać na prąd, powodując swego rodzaju nieliniową odpowiedź, zależną nie tylko od amplitudy przyłożonego napięcia, ale także od częstotliwości przepływającego prądu.

Tak więc przy prądzie zmiennym moc nie tylko jest rozpraszana w postaci ciepła na elementach aktywnych, ale część energii jest sukcesywnie akumulowana, a następnie zwracana z powrotem do źródła zasilania. Oznacza to, że elementy pojemnościowe i indukcyjne są odporne na przepływ prądu przemiennego.

w obwodzie sinusoidalny prąd przemienny Kondensator jest najpierw ładowany przez połowę okresu, a podczas następnej połowy rozładowuje się, przywracając ładunek z powrotem do sieci i tak przez każdą połowę okresu sinusoidy sieci. Cewka indukcyjna w obwodzie prądu przemiennego wytwarza pole magnetyczne podczas pierwszej ćwiartki okresu, a podczas następnej ćwiartki tego pola magnetycznego maleje, energia w postaci prądu wraca z powrotem do źródła. Tak zachowują się obciążenia czysto pojemnościowe i czysto indukcyjne.

Przy czysto pojemnościowym obciążeniu prąd wyprzedza napięcie o jedną czwartą okresu sinusoidy sieci, czyli o 90 stopni, patrząc trygonometrycznie (gdy napięcie w kondensatorze osiąga maksimum, przepływający przez niego prąd wynosi zero , a gdy napięcie zacznie przechodzić przez zero, prąd w obwodzie obciążenia będzie maksymalny).

Przy obciążeniu czysto indukcyjnym prąd opóźnia się z napięciem o 90 stopni, to znaczy opóźnia się o jedną czwartą okresu sinusoidalnego (gdy napięcie przyłożone do indukcyjności jest maksymalne, prąd zaczyna dopiero rosnąć). W przypadku czysto aktywnego obciążenia prąd i napięcie nie pozostają w tyle za sobą w żadnym momencie, to znaczy są ściśle w fazie.

Moc całkowita, bierna i czynna, współczynnik mocy

Okazuje się, że jeśli obciążenie w obwodzie prądu przemiennego nie jest idealnie czynne, to koniecznie muszą być w nim obecne elementy bierne: te ze składową indukcyjną uzwojeń transformatorów i maszyn elektrycznych, kondensatory i inne elementy pojemnościowe ze składową pojemnościową, nawet sama indukcyjność przewodów itp. .n.

W rezultacie w obwodzie prądu przemiennego napięcie i prąd są przesunięte w fazie (nie w tej samej fazie, co oznacza, że ​​ich maksima i minima nie pokrywają się dokładnie z maksimum — z maksimum, a minimum z minimum) i zawsze istnieje pewne opóźnienie prądu od napięcia o pewien kąt, który zwykle nazywa się phi. A wielkość cosinusa phi nazywa się współczynnik mocy, ponieważ cosinus phi jest w rzeczywistości stosunkiem mocy czynnej R, nieodwracalnie zużytej w obwodzie obciążenia, do całkowitej mocy S, która koniecznie przechodzi przez obciążenie.

Źródło napięcia przemiennego dostarcza całkowitą moc S do obwodu obciążenia, część tej całkowitej mocy jest zwracana co kwartał okresu z powrotem do źródła (część, która powraca i wędruje tam iz powrotem, nazywa się składnik reaktywny Q), a część zużywana jest w postaci mocy czynnej P — w postaci ciepła lub pracy mechanicznej.

Aby obciążenie zawierające elementy reaktywne pracowało zgodnie z przeznaczeniem, musi być zasilane ze źródła energii elektrycznej o pełnej mocy.

Jak obliczyć moc pozorną w obwodzie prądu przemiennego

Aby zmierzyć całkowitą moc S obciążenia w obwodzie prądu przemiennego, wystarczy pomnożyć prąd I i napięcie U, a raczej ich średnie (skuteczne) wartości, które można łatwo zmierzyć za pomocą woltomierza i amperomierza prądu przemiennego ( urządzenia te pokazują dokładnie średnią, skuteczną wartość, która dla dwuprzewodowej sieci jednofazowej jest mniejsza od amplitudy 1,414 razy). W ten sposób będziesz wiedzieć, ile mocy przechodzi ze źródła do odbiornika. Przyjmuje się wartości średnie, ponieważ w konwencjonalnej sieci prąd jest sinusoidalny i musimy uzyskać dokładną wartość zużywanej energii w każdej sekundzie.

Jak obliczyć moc czynną w obwodzie prądu przemiennego

Jeśli obciążenie ma charakter czysto aktywny, na przykład jest to cewka grzejna wykonana z nichromu lub żarówki, wówczas można po prostu pomnożyć odczyty amperomierza i woltomierza, będzie to pobór mocy czynnej P. Ale jeśli obciążenie ma charakter czynno-reaktywny, wówczas obliczenia będą wymagały znajomości cosinusa phi, tj. współczynnika mocy.

Specjalne elektryczne urządzenie pomiarowe — miernik fazy, pozwoli ci bezpośrednio zmierzyć cosinus phi, czyli uzyskać wartość liczbową współczynnika mocy. Znając cosinus phi, pozostaje pomnożyć go przez całkowitą moc S, której metodę obliczania opisano w poprzednim akapicie. Będzie to moc czynna, aktywny składnik energii zużywanej przez sieć.

Jak obliczyć moc bierną

Aby znaleźć moc bierną wystarczy skorzystać z wniosku z twierdzenia Pitagorasa, wyznaczyć trójkąt mocy lub po prostu pomnożyć sumę mocy przez sinusoidę.