Elektrilise energia ühe- ja kolmekeskuline aktiivne reageeriv nähtav
Kompleksne võimendus
See on väga konseptuaalne ja oluline mõistet mõista. Kompleksse võimenduse väljendi saamiseks tuleb esmalt kaaluda ühefaaselist võrgust, kus pinge ja vool saavad esitada kompleksilisel kujul kui V.ejα ja I.ejβ. Kus α ja β on vastavalt pingevektori ja vooluvektori nurgad mingi referentsnurga suhtes. Aktiivne ja reaktiivne võimendus saab arvutada leidvat pingega voolu kompleksi koonduva korrutis. See tähendab,
See (α − β) on mõtteliselt pinge ja voolu vaheline nurgapäis, seega see on nende vaheline faasisuhetund ehk φ. Seega võib eelneva võrrandi ümber kirjutada järgmiselt,
Kus, P = VIcosφ ja Q = VIsinφ.
See suurus S nimetatakse kompleksseks jõudluseks.
Kompleksse jõudluse absoluutväärtus, st |S| = (P2 + Q2)½, on teada kui nähtav jõudlus ja selle ühik on volt-ampeer. See suurus on pinge absoluutväärtuse ja voolu korrutis. Jällegi on voolu absoluutväärtus otse seotud soojendusega vastavalt Joule'i soojenduse seaduse järgi. Seega määratakse elektriseadme võimsust tavaliselt selle nähtava jõudluse kandevõimega lubatud temperatuuriraja piires.
Märgitakse, et kompleksse jõudluse võrrandis on term Q [ = VIsinφ ] positiivne, kui φ [= (α − β)] on positiivne, st vool jälgib pinget, mis tähendab, et koormus on induktiivne. Jällegi on Q negatiivne, kui φ on negatiivne, st vool eelneb pingele, mis tähendab, et koormus on kapatsiitne.
Ühefaasiline jõudlus
Üksfase elektrilise edastussüsteem on praktikas tõenäoliselt mitte olemas, kuid me peaksime enne läbimist kaasaegse kolmfase jõudlusüsteemi peale mõistma üksfase jõudluse põhimõtteid. Enne üksfase jõudluse detailidega tegelemist, proovime mõista erinevaid parameetreid elektrilises jõudlusüsteemis. Elektrilise jõudlusüsteemi kolm põhiline parameetrit on elektriline vastus, induktsioon ja kapatsitantiivsus.
Vastus
Vastus on igas materjalis sisseehitatud omadus, mis takistab voolu elektronide liikumise takistamise kaudu nendega kohtuvate stabiilsete aatomitega. See protsess toob kaasa soojuse, mis hõljutakse välja ja mida nimetatakse ohmi ohverduseks. Kui vool voolab vastuses, siis voltaga ja vooluga ei ole fasi erinevust, mis tähendab, et vool ja voltaž on sama faasis; nende vahel on fasi nurgad null. Kui I vool voolab elektrilise vastuse R kaudu t sekundit, siis vastuse poolt tarbitav energia on I2.R.t. See energia on tuntud kui aktiivne energia ja vastav jõudlus tuntakse kui aktiivne jõudlus.
Induktsioon
Induktiivsus on omadus, mille kaudu induktor salvestab energiat magnetväli positiivsel pooltsüklil ja annab selle energi tagasi negatiivsel pooltsüklil ühefaaselist elektritootmist. Kui induktiivsusega L Henry keerul läbib võimend I, siis keerul magnetväli kujul salvestatud energia väljendub valemiga
Induktiivsusega seotud võimsus on reaktiivne võimsus.
Kondensaatorkapasiteet
Kapasiteet on omadus, mille kaudu kondensaator salvestab energiat staatilises elektriväljas positiivsel pooltsüklil ja andab selle energi tagasi negatiivsel pooltsüklil. Energia, mis salvestatakse kahe paralleelsel metallplaatil, kus on elektriline potentsiaal V ja nende vaheline kapasiteet C, väljendub valemiga
See energia on salvestatud staatilise elektrivälja kujul. Kondensaatoriga seotud võimsus on samuti reaktiivne võimsus.
Aktiivne võimsus ja reaktiivne võimsus
Vaatame ühefaaselist võimsuse ringiketta, kus vool jälgib nihkega pinget nurkaga φ.
Oletagem, et hetkelise elektrilise pingena v = Vm.sinωt
Siis hetkeline vool saab väljenduda kui i = Im. sin(ωt – φ).
Kus, Vm ja Im on vastavalt sinusoidaalselt muutuvate elektrilise pinge ja voolu maksimaalsed väärtused.
Ringiketta hetkelise võimsuse saab väljendada kui
Aktiivne võim
Pingeomine võim
Vaatame esmalt olukorda, kus ühefaasilise võimsuse ringikett on täielikult pingeomine, see tähendab, et pingevoolu vahel on faasinurk φ = 0 ja seega,
Eelnevast võrrandist on selge, et olenemata ωt väärtusest, cos2ωt väärtus ei saa olla suurem kui 1; seega ei saa p väärtus olla negatiivne. P väärtus on alati positiivne, sõltumata pingevoo hetkelisest suunast, see tähendab, et energia liigub oma tavapärasel suunal, st allikast koormani ja p on koorma energiatarbimise kiirus, mida nimetatakse aktiivseks võimiks. Kuna see võim tarbitakse elektriliidese pingeomina tõttu, siis seda nimetatakse mõnikord ka pingeomineks võimiks.
Reaktivne võimsus
Induktiivne võimsus
Nüüd kujutlege olukorda, kus ühefaasiline võimsuse ringkond on täiesti induktiivne, see tähendab, et vool järgneb pinge nurga φ = + 90o. Paneme φ = + 90o
Ülalpoolse väljendi põhjal leidub, et võimsus voolab alterneeritult. Nullist 90 kraadini on see negatiivne pooltsükkel, 90 kraadist 180 kraadini on see positiivne pooltsükkel, 180 kraadist 270 kraadini on taas negatiivne pooltsükkel ja 270 kraadist 360 kraadini on taas positiivne pooltsükkel. Seega on see võimsus alterneeriv loodusega, mille sagedus on kaks korda suurem kui toite sagedus. Kuna võimsus voolab alterneeritult, st ühest pooltsüklist allikast laadile ja järgmisest pooltsüklist laadilt allikasse, on selle võimsuse keskmine väärtus null. Seetõttu ei tee see võimsus mingit kasulikku tööd. Seda võimsust nimetatakse reaktivi võimsuseks. Kuna ülal selgitatud reaktiivne võimsuse avaldis on seotud täielikult induktiivse ringkonnaga, nimetatakse seda võimsust ka induktiivseks võimsuseks.
See võib lõpetada nii, et kui ringkond on täiesti induktiivne, siis energiat varudeks magnetic field energy positiivsel pooltsüklinel ja annab selle ära negatiivsel pooltsüklinel ning selle muutumise kiirus, väljendatud kui reaktivi võimsus induktoril või lihtsalt induktiivne võimsus, ja see võimsus omab võrdseid positiivset ja negatiivset tsüklit ning netoväärtus on null.
Kondensaatorlik võimsus
Vaatame nüüd olukorda, kus ühefaasiline võimkrets on täiesti kondensaatorlik, st vool eelneb pinge 90oga, seega φ = – 90o.
Seega leidub ka kondensaatorliku võimu avaldises, et võimus virtsib vastastikuses suunas. Nullist 90oni on positiivne pooltsükkel, 90ost 180oni on negatiivne pooltsükkel, 180ost 270oni on taas positiivne pooltsükkel ja 270ost 360oni on taas negatiivne pooltsükkel. Seega on see võimus kaheks veeranditseisvõrgu sagedusega. Selle tõttu, nagu induktiivne võimus, ei tee kondensaatorlik võimus mitte mingit kasutustööd. See on reageeriv võimus.
Võimu aktiivne ja reageeriv komponent
Võime kirjutada energia võrrandi uuesti kui
See avaldis sisaldab kahte komponenti; esimene on Vm. Im.cosφ(1 – cos2ωt), mis ei saa negatiivseks, sest (1 – cos2ωt) väärtus on alati suurem või võrdne nulliga, kuid ei saa olla negatiivne.
See osa ühefaasliku energia võrrandist väljendab reageeriva energia avaldist, mida tavaliselt nimetatakse tegelikuks või tõeliseks energiaks. Selle energia keskmine väärtus on ilmselt nullist erinev, see tähendab, et energia teeb füüsiliselt kasulikku tööd, seetõttu nimetatakse seda ka tegelikuks või tõeliseks energiaks. See osa energia võrrandist väljendab reageerivat energiat, mida tavaliselt nimetatakse tegelikuks või tõeliseks energiaks.
Teine komponent on Vm. Im.sinφsin2ωt, mis omab nii negatiivseid kui ka positiivseid tsükleid. Seega on selle komponendi keskmine väärtus null. Seda komponenti nimetatakse reageerivaks komponendiks, sest see liigub lõngadel edasi-tagasi ilma mingit kasulikku tööd tehes.
Mõlemad tegelik energia ja reageeriv energia omavad sama wattide dimensiooni, kuid rõhutamaks asjaolu, et reageeriv komponent ei täienda tegelikku tööd, mõõdetakse seda volt-amperite reageerivana või lühemalt VARina.
Ühefaasiline energia viitab järjestusele, kus kõik pinged muutuvad ühtlaselt. Seda saab genereerida lihtsalt liigutades spiraali magneetväli või liigutades magneetväli paigaloleva spiraali ümber. Alternatiivne pinge ja alternatiivne vool, mille nii toodetakse, viidatakse kui ühefaasilise pingena ja vooluna. Eri tüübilised ringid näitavad erinevat vastust sinusoidsele sisendile. Vaatame läbi kõiki ringide tüüpe, mis hõlmavad ainult elektrilist vastust, ainult kapatsitansi ja ainult induktiivset elementi, ning nende kolme kombinatsiooni, püüdes luua ühefaasilise energia võrrandi.
Ühefaasilise energia võrrand puhta vasturäädiva ringi korral
Vaatame ühefaasi võimsuse arvutamist puhtalt ohmliku tsirkvituvi jaoks. Tsirkvit, mis koosneb puhtast ohmilisest vastust, on ühendatud pingeväljundiga, mille pingetähtis on V, on näidatud järgmisel joonisel.
Kus, V(t) = hetkepinge.
Vm = maksimaalne pinge.
ω = nurkkiirus radiaanides/sekundis.
Kohaselt Ohmi seadusega ,
Asendades V(t)-i eelmises võrrandis saame,
Võrranditest (1.1) ja (1.5) on selge, et V(t) ja IR on fazeis. Seega on puhtalt ohmilise vastuse korral pingevahetust ei ole.pinge ja vool on fazeis, nagu on näidatud joonisel (b).
Hetke võimsus,
Võrrandist (1.8) on selge, et võimsus koosneb kahest osast, ühest konstantsest osast, st.
ja teisest lõbusenemise osast, st.
Mille väärtus on null täispäikese jooksul. Seega on puhtalt ohmilise vastuse läbiminev võimsus antud kui ja on näidatud joonisel (c).
Üksfase võimsuse võrrand täiesti induktiivsele ringile
Induktor on passiivne komponent. Kui AC läbib induktorit, vastustab see sellel, genereerides tagurpidi elektromagneetväli. Seega, rakendatud vool peab tasakaalustama genereeritud tagurpidi elektromagneetväli. Seega, rakendatud pinge vajab tasakaalustamist genereeritud tagurpidi elektromagneetväljaga. Ring, mis koosneb puhtast induktorist sinusoidaalsete pingeallikate Vrms suhtes, on näidatud järgmisel joonisel.
Teame, et induktoril olev pinge antakse välja kui,
Nii, et ühestase võimsuse võrrandist on selge, et I jääb V tagasi π/2 või teisisõnu V eelneb I-le π/2, kui AC läbib induktorit, st I ja V on fasetasemel erineva aja järel nagu näidatud joonis (e) kohal.
Püsiv võimsus antakse välja kui,
Siin, üksfase võimsuse valem sisaldab ainult lõdvendavat termi ja võimsuse väärtus täisringi jaoks on null.
Üksfase võimsuse võrrand täiesti kapatsiitsele ringile
Kui vahelduvvool läbib kondensaatorit, laeb see esmalt maksimaalselt ja seejärel laeb end lahti. Kondensaatori üle jääva voltagena on antud järgmine,
kondensaator.
Nähtub, et ühefaasisel voolu I(t) ja voltagi V(t) arvutuses juhul kondensaatoriga vool eelneb voltaga nurga π/2 võrra.
Voolu kondensaator kaudu koosneb ainult lülitlevast osast ja täiskringi jooksul saadud energia väärtus on null.
Ühefaasis energia võrrand RL ringi puhul
Täisohmiline vastik ja induktor on ühendatud rööp-ühendusega kujundil (g) näidatud moel pingeväljundiga V. Siis R läbiminek on VR = IR ja L läbiminek on VL = IXL.
Need pingevahendid on näidatud pingetriikuna kujundil (i). Vektor OA esindab R läbimist = IR, vektor AD esindab L läbimist = IXL ja vektor OD esindab VR ja VL tulemust.
on RL tsirkui impedants.
Vektori diagrammil on selge, et V eelneb I-le ja fasi nurga φ on antud valemiga,
Nii koosneb võimsus kahest liidest, ühest konstantsest liidest 0,5 VmImcosφ ja teisest liidest 0,5 VmImcos(ωt – φ), mille väärtus on null kogu tsükli jooksul.
Nii aitab ainult konstantne osa tegelikule võimu tarbimisele.
Nii on võimsus, p = VI cos Φ = (rms pingeväärtus × rms vooluväärtus × cosφ) vaate.
Kus cosφ on nimetatud võimufaktoriga ja antakse valemiga,
I saab lahutada kahte ristkülikukujulist komponenti Icosφ V suunas ja Isinφ V risti. Ainsaks Icosφ aitab reaalvõimu. Nii on ainult VIcosφ nimetatud wattidega varustava komponendina või aktiivse komponendina ja VIsinφ on nimetatud wattidega mittetoodavaks komponendiks või reageeriva komponendina.
Ühefaasi võimsuse valem RC-kirees
Teadame, et vool puhtas kapatsiitlikus komponendis jookseb ees liikumisel ja puhtas ohmlikus vastuses on see faasis. Seega, netovool jookseb ees nurkaga φ RC-kirees. Kui V = Vmsinωt ja I on Imsin(ωt + φ).
Võimsus on sama nagu R-L kiree puhul. R-L kiree erinevalt on elektriline võimfaktor ees R-C kirees.
Kolmevaatega võimsuse määratlus
On leitud, et kolmevaatega võimsuse tootmine on majanduslikum kui ühefaase võimsuse tootmine. Kolmevaatega elektrivõimsuse süsteemis on kolme pinge ja voolu lainekujud ajaliselt 120o nihkes kõigis tsüklites. See tähendab, et igal pingelainekujul on 120o faasinurk teise pingelainekujuga ja igal voolulainekujul on 120o faasinurk teise voolulainekujuga. Kolmevaatega võimsuse määratlus väidab, et elektrilises süsteemis viiakse läbi kolm individuaalset ühefaaselist võimsust kolme eraldi võimsuskiree abil. Nende kolme võimsuse pinged on ideaalselt 120o aja-faasis erinevad. Samuti on nende kolme võimsuse voolud ideaalselt 120o aja-faasis erinevad. Ideaalne kolmevaatega võimsuse süsteem tähendab tasakaalustatud süsteemi.
Üksikpahase süsteem on ebatasakaaluline, kui vähemalt üks kolmest pahast ei ole võrdne teiste kahega või nende pahade vaheline nurk on täpselt mitte 120o.
Kolme pahase süsteemi eelised
On palju põhjuseid, miks see energia on soodsam kui ühepahase energia.
Ühepahase energia võrrand on
Mis on ajast sõltuv funktsioon. Samas kolme pahase energia võrrand on
Mis on aja sõltumatu konstantne funktsioon. Seega on ühepahase energia pulssiv. See tavaliselt ei mõjuta madala võimsusega mootoreid, kuid suuremate võimsusega mootorite puhul see tekitab liigset vibratsiooni. Seetõttu on kolme pahase energia soodsam kõrgete pingete energialaadile.Kolme pahase seadme võimsus on 1,5 korda suurem sama suurusega ühepahase seadmega võrreldes.
Ühepahane induktiivne mootor ei oma algse alustuspööret, seega peame andma mõnda abilist alustamise meetodit, kuid kolme pahaline induktiivne mootor on isealustav – ei vaja mingit abilist meetodit.
Jõudluse tegur ja tõhusus on mõlemad suuremad kolme pahase süsteemi puhul.
Kolme pahase energia võrrand
Määramiseks, kolme faasi võimsuse valem ehk kolme faasi võimsuse arvutamiseks peame esmalt kaaluma ideaalset olukorda, kus kolmefaasiline süsteem on tasakaalus. See tähendab, et pinge ja voolud igas faasis erinevad oma naaberfaasidega 120o ning iga voolu lainekõrgus on sama, samuti on iga pingelainekõrgus sama. Nüüd, nurgapäis erinevus pinge ja voolu igas faasis kolmefaasilises võimusesüsteemis on φ.
Siis punase faasi pinge ja vool on
vastavalt.
kollase faasi pinge ja vool on-
vastavalt.
Ja sinise faasi pinge ja vool on-
vastavalt.
Nii, et punase faasi hetkeajaline võimus on –
Samuti kollase faasi hetkeajaline võimus on –
Samuti sinise faasi hetkeajaline võimus on –
Süsteemi kogu kolme faasi võimus on iga faasi individuaalse võimu summa-
Ülaltoodud võimu avaldis näitab, et kogu hetkeajaline võimus on konstantne ja võrdub kolm korda reaalvõimu iga faasi kohta. Ühefaasilise võimu avaldise puhul leidsime, et seal on nii reageeriv võimus kui ka aktiivne võimus, kuid kolme faasi võimu avaldise puhul on hetkeajaline võimus konstantne. Tegelikult kolmefaasilises süsteemis ei ole iga individuaalse faasi reageeriv võimus null, kuid nende summa igal hetkel on null.
Reaktiivne võimend on magneteeriva energia vorm, mis voolab ühikuajaga elektrikringis. Selle mõõtühik on VAR (Volt Ampere Reaktiivne). See võimend ei saa kasutusele võetud AC kringis. Kuid elektrilises DC kringis see võib muutuda soojuseks, kui laetud kondensaator või induktor on ühenduses vastaviga, siis elementi sees säilitatud energia muutub soojuseks. Meie võimsüsteem töötab AC süsteemi alusel ja enamik meie igapäevaelus kasutatavaid koormasid on induktiivsed või kapatsiitlikud, seega on reaktiivne võimend väga oluline mõiste elektriteaduse seisukohalt.
Allikas: Electrical4u.
Autoriõigused: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.
