Čo je to elektrický zdroj?

Moderný človek sa neustále stretáva s elektrinou v každodennom živote a v práci, používa zariadenia, ktoré spotrebúvajú elektrický prúd a zariadenia, ktoré ho vyrábajú. Pri práci s nimi by ste mali vždy brať do úvahy ich schopnosti spojené s technickými vlastnosťami.

Jedným z hlavných ukazovateľov každého elektrického zariadenia je taká fyzikálna veličina, akou je elektrická energia... Intenzitu alebo rýchlosť výroby, prenosu alebo premeny elektriny na iné druhy energie, napríklad na teplo, svetlo, je zvykom nazývať. mechanický.

Preprava alebo prenos veľkej elektrickej energie na priemyselné účely sa vykonáva podľa vysokonapäťové elektrické vedenia.

Transformácia elektrická energia sa vykonáva v transformačných staniciach.

Spotreba elektrickej energie sa vyskytuje v domácich a priemyselných zariadeniach na rôzne účely. Jedným z ich bežných typov sú žiarovky rôznych tried.

Elektrický výkon generátorov, elektrických vedení a spotrebičov v jednosmerných a striedavých obvodoch má rovnaký fyzikálny význam, ktorý je súčasne vyjadrený v rôznych pomeroch v závislosti od tvaru zložených signálov. Definovať všeobecné vzorce, pojmy okamžitých hodnôt... Opäť zdôrazňujú závislosť rýchlosti premeny elektriny na čase.

Stanovenie okamžitého elektrického výkonu

V teoretickej elektrotechnike sa na odvodenie základných vzťahov medzi prúdom, napätím a výkonom využívajú ich obrazy vo forme okamžitých hodnôt, ktoré sú fixné v určitom časovom bode.

Ak sa vo veľmi krátkom čase ∆t jediný elementárny náboj q pod vplyvom napätia U presunie z bodu «1» do bodu «2», potom vykoná prácu rovnajúcu sa potenciálnemu rozdielu medzi týmito bodmi. Ak ho vydelíme časovým intervalom ∆t, dostaneme vyjadrenie pre okamžitý výkon na jednotku nabitia Pe (1-2).

Pretože sa pôsobením použitého napätia pohybuje nielen jediný náboj, ale aj všetky susedné, ktoré sú pod vplyvom tejto sily, ktorých počet je vhodne reprezentovaný číslom Q, potom okamžitá hodnota výkonu PQ (1-2) môžu byť pre nich napísané.

Po vykonaní jednoduchých transformácií získame výraz pre výkon P a závislosť jeho okamžitej hodnoty p (t) od zložiek súčinu okamžitého prúdu i (t) a napätia u (t).

Stanovenie konštantného elektrického výkonu

V DC obvody veľkosť úbytku napätia v obvodovej časti a ním pretekajúceho prúdu sa nemení a zostáva stabilná, rovná sa okamžitým hodnotám.Preto je možné výkon v tomto obvode určiť vynásobením týchto hodnôt alebo vydelením dokonalej práce A dobou jej vykonania, ako je znázornené na vysvetľujúcom obrázku.

Stanovenie elektrického výkonu striedavého prúdu

Zákony sínusového kolísania prúdov a napätí prenášaných cez elektrické siete majú vplyv na vyjadrenie výkonu v takýchto obvodoch. Do hry tu vstupuje zdanlivý výkon, ktorý je popísaný mocenským trojuholníkom a skladá sa z aktívnych a reaktívnych komponentov.

Sínusový elektrický prúd pri prechode elektrickými vedeniami so zmiešanými typmi záťaže vo všetkých úsekoch nemení tvar svojej harmonickej a pokles napätia pri jalovej záťaži sa fázovo posúva v určitom smere. Vyjadrenia hodnoty momentu pomáhajú pochopiť vplyv aplikovaného zaťaženia na zmenu výkonu v obvode a jeho smer.

Zároveň okamžite venujte pozornosť skutočnosti, že smer toku prúdu z generátora k spotrebiteľovi a prenášaný výkon cez vytvorený obvod sú úplne odlišné veci, ktoré sa v niektorých prípadoch nemusia nielen zhodovať, ale aj byť nasmerované v opačných smeroch.

Zvážte tieto vzťahy v ich ideálnom, čistom prejave pre rôzne typy záťaží:

• aktívny;

• kapacitné;

• indukčné.

Strata výkonu aktívneho zaťaženia

Budeme predpokladať, že generátor vytvára ideálne sínusové napätie u, ktoré sa aplikuje na čisto aktívny odpor obvodu. Ampérmeter A a voltmeter V merajú prúd I a napätie U zakaždým, keď t.

Graf ukazuje, že sínusoidy prúdu a poklesu napätia na aktívnom odpore sa zhodujú vo frekvencii a fáze, pričom dochádza k rovnakým osciláciám. Sila vyjadrená ich súčinom osciluje s dvojnásobnou frekvenciou a vždy zostáva kladná.

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

Ak prejdeme k výrazu prevádzkové napätie, potom dostaneme: p = P ∙ (1-cos2ωt).

Potom integrujeme výkon za periódu jednej oscilácie T a budeme si môcť všimnúť, že energetický zisk ∆W počas tohto intervalu rastie. V priebehu času odpor naďalej spotrebúva nové časti elektriny, ako je znázornené na grafe.

Pri reaktívnych zaťaženiach sú charakteristiky spotreby energie odlišné, majú iný tvar.

Kapacitná strata výkonu

V elektrickom obvode generátora vymeňte odporový prvok za kondenzátor s kapacitou C.

Vzťah medzi prúdom a poklesom napätia na kapacite je vyjadrený pomerom: I = C ∙ dU / dt = ω ∙ C ∙ Um ∙ cosωt.

Vynásobíme hodnoty okamžitých vyjadrení prúdu napätím a dostaneme hodnotu výkonu, ktorý spotrebuje kapacitná záťaž.

p = u ∙ i = Um ∙ sinωt ∙ ωC ∙ Um ∙ cosωt = ω ∙ C ∙ Um2∙ sinωt ∙ t cosωt = Um2/ (2X° C) ∙ sin2°t ω = U sin2°t ω

Tu môžete vidieť, že výkon kolíše okolo nuly pri dvojnásobnej frekvencii aplikovaného napätia. Jeho celková hodnota pre harmonickú periódu, ako aj energetický zisk, je nulová.

To znamená, že energia sa pohybuje po uzavretom okruhu okruhu v oboch smeroch, ale nefunguje.Takáto skutočnosť sa vysvetľuje skutočnosťou, že keď sa napätie zdroja zvýši v absolútnej hodnote, výkon je kladný a tok energie obvodom smeruje do nádoby, kde sa akumuluje energia.

Po prechode napätia do klesajúcej harmonickej časti sa energia vracia z kondenzátora do obvodu do zdroja. Ani v jednom z procesov sa nevykonáva žiadna užitočná práca.

Stratový výkon pri indukčnej záťaži

Teraz v napájacom obvode vymeňte kondenzátor za indukčnosť L.

Tu je prúd cez indukčnosť vyjadrený pomerom:

I = 1 / L∫udt = -Um / ωL ∙ cos ωt.

Potom dostaneme

p = u ∙ i = Um ∙ sinωt ∙ ωC ∙ (-Um / ωL ∙ cosωt) = — Um2/ ωL ∙ sinωt ∙ cosωt = -Um2/ (2ХL2) s2/2 t ∙ ∙ sin .

Výsledné výrazy nám umožňujú vidieť povahu zmeny smeru výkonu a nárastu energie na indukčnosti, ktorá vykonáva rovnaké kmity, ktoré sú zbytočné na vykonávanie práce, ako na kapacite.

Výkon uvoľnený pri reaktívnych zaťaženiach sa nazýva reaktívna zložka. V ideálnych podmienkach, keď pripojovacie vodiče nemajú aktívny odpor, sa javia ako neškodné a nespôsobujú žiadnu škodu. Ale v podmienkach reálneho výkonu periodické prechody a kolísanie jalového výkonu spôsobuje zahrievanie všetkých aktívnych prvkov vrátane spojovacích vodičov, na čo sa spotrebúva určitá energia a klesá hodnota aplikovaného plného výkonu zdroja.

Hlavným rozdielom medzi reaktívnou zložkou energie je to, že vôbec nevykonáva užitočnú prácu, ale vedie k stratám elektrickej energie a nadmernému zaťaženiu zariadení, ktoré sú obzvlášť nebezpečné v kritických situáciách.

Z týchto dôvodov, aby sa eliminoval vplyv jalového výkonu, napr technické systémy na jej kompenzáciu.

Rozloženie výkonu pri zmiešanom zaťažení

Ako príklad použijeme záťaž generátora s aktívnou kapacitnou charakteristikou.

Pre zjednodušenie obrázku nie sú v danom grafe znázornené sínusoidy prúdov a napätí, ale treba mať na pamäti, že pri aktívno-kapacitnom charaktere záťaže vedie prúdový vektor napätie.

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

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

Tieto dva pojmy v poslednom výraze sú aktívne a reaktívne zložky okamžitého zdanlivého výkonu. Len prvý z nich robí užitočnú prácu.

Nástroje na meranie výkonu

Na analýzu spotreby elektrickej energie a jej výpočet sa používajú meracie zariadenia, ktoré sa už dlho nazývajú "Počítadlá"… Ich práca je založená na meraní efektívnych hodnôt prúdu a napätia a ich automatickom násobení výstupom informácií.

Merače zobrazujú spotrebu energie počítaním doby prevádzky elektrických spotrebičov na inkrementálnej báze od okamihu zapnutia elektromera pod záťažou.

Na meranie aktívnej zložky výkonu v obvodoch striedavého prúdu wattmetrea reaktívne - varmetre. Majú rôzne označenia jednotiek:

• watt (W, W);

• var (var, var, var).

Na určenie celkovej spotreby energie je potrebné vypočítať jej hodnotu pomocou vzorca výkonového trojuholníka na základe údajov wattmetra a varmetra. Vyjadruje sa vo vlastných jednotkách — voltampéroch.

Prijaté označenia jednotiek každého z nich pomáhajú elektrikárom posúdiť nielen jeho hodnotu, ale aj povahu výkonovej zložky.