Электр энергиясы Бір фазалы және үш фазалы активті реактивті көрінісі бар заттық
Комплекстік күш
Бұл өте концептуалды және маңызды түсіну. комплекстік күш теңдеуін қалыптастыру үшін, біз алғаш рет бір фазалы түйсізу сетьін ескеруіміз керек, оның тендеуі мен электр ағысы комплекс түрде V.ejα және I.ejβ түрінде көрсетіледі. Мұнда α және β - тендеу векторы мен электр ағысы векторының бір негізгі оське қарағандағы бұрыштары. Активті және реактивті күштерді тендеуге электр ағысының конъюгатымен көбейту арқылы есептеу мүмкін. Басқа түрінде айтқанда,
Бұл (α − β) - бұл ток және напряжение арасындағы бұрыш, сондықтан бұл φ деп белгіленетін фазалық айырмашылық.
Сонымен, жоғарыдағы теңдеу мына түрде жазылған,
Мұнда, P = VIcosφ және Q = VIsinφ.
Бұл S саны түрлі күш деп аталады.
Түрлі күштің мөлшері, яғни |S| = (P2 + Q2)½ көрінетін күш деп аталады, оның бірлігі вольт-ампер. Бұл сан абсолютті напряжение және токтың абсолютті мөлшерінің көбейтіндісі. Токтың абсолютті мөлшері Жулдің жылу қалыптасу заңы бойынша жылу қалыптасуға негізделген. Сондықтан, электр машинасының рейтингі адымдық температура шектерінен ішкі көрінетін күшті қолдану қабілетіне байланысты анықталады.
Ескерту: түрлі күш теңдеуінде, Q [ = VIsinφ ] термині φ [= (α − β)] термині позитив болғанда позитив болады, бұл ток напряжениенан тоңдатылған, бұл индуктивті зат қолданылатындығын білдіреді. Егер φ термині негатив болса, Q термині де негатив болады, бұл ток напряжениеден алдын алады, бұл конденсаторлық зат қолданылатындығын білдіреді.
Бір фазалы күш
Бір фазалы электр энергиясының өткізілу жүйесі практикалық есептен табылмайды, бірақ біз өнімді үш фазалы энергия жүйесіне өту артында бір фазалы энергияға қатысты негізгі концептілерді білуіміз керек. Бір фазалы энергияға қатысты толығырақ айту артында, электр энергия жүйесінің әртүрлі параметрлерін түсіну қажет. Электр энергия жүйесінің үш негізгі параметрі - электр энергия жүйесі, электр сопротивление, индуктивтілік және капаситивтілік.
Сопротивление
Сопротивление - бұл қандай да бір материалдың ішкі қасиеті, ол электр токтың өтіп өтуіне қарсы болады, себебі электрондардың арқылы қозғалуына тормоз береді. Бұл процесс бойынша пайда болған жылуы энергия таратылады және ол омик мощность ретінде белгілі. Ток сопротивлениеден өткенде, напряжение мен ток арасында фазалық айырмашылық болмайды, яғни ток және ток бірдей фазада; алардың арасындағы фазалық бұрыш нөлге тең. Егер I ток R сопротивлениеден t секунд бойы өтсе, онда сопротивлениеден жұмсалатын жалпы энергия I2.R.t болады. Бұл энергия активті энергия деп, ал сәйкес мощность активті мощность деп аталады.
Индуктивтілік
Индуктивтік – бұл индуктордың магниттік поледе энергия сақтау қасиеті. Индуктор одинар фазадан толық жарты циклде магниттік поледе энергия сақтау және теріс жарты циклде осы энергияны беру қасиеті. Егер L Генри индуктивтік коил арқылы ‘I’ ағым ағып өтсе, коилде магниттік поле түрінде сақталған энергия мына формуламен анықталады
Индуктивтікке байланысты қуат реактивті қуат.
Конденсаторлық қасиет
Конденсаторлық қасиет – бұл конденсатордың статикалық электр магниттік поледе энергия сақтау қасиеті. Конденсатор одинар фазадан толық жарты циклде энергия сақтау және теріс жарты циклде осы энергияны беру қасиеті. V электр потенциал айырым және алардың арасындағы C конденсаторлық қасиет болса, екі параллель металл пластина арасында сақталған энергия мына формуламен анықталады
Бұл энергия статикалық электр магниттік поле түрінде сақталады. Конденсатормен байланысты қуат да реактивті қуат.
Активті және реактивті қуат
Егер бір фазалық энергия жүйесінде электр ток ток напряжениеға φ бұрышына созылса.
Болсын, моменттік электр өзара айырмашылығы v = Vm.sinωt
Сонда моменттік ток i = Im. sin(ωt – φ) түрінде берілетін.
Мұнда, Vm және Im - синусоидальды түрде өзгеретін электр өзара айырмашылығы мен токтың максималды мәндері сәйкес.
Жүйенің моменттік энергиясы мына формуламен берілетін:
Активті энергия
Омдік энергия
Егер бір фазалық энергия жүйесі омдық элементтерден тұратын болса, яғни напряжение мен токтың бұрышы φ = 0 болса, онда:
Жоғарыдағы теңдеуден көрінетінімен, cos2ωt мәні 1-ге үлкен емес, сондықтан p мәні теріс бола алмайды. p мәні әрқашан оң болады, напряжение v және ток i моменттік бағыттарына қарамастан, бұл өзінің ретінде энергияның әдеттеуімен (источниктен жүкке) өтуінің қадамын білдіреді. Бұл активті энергия деп аталады. Бұл энергия электр жүйесінің омдық қасиеттерінен пайда болады, сондықтан бұл энергия Омдік энергия деп да аталады.
Реактивті күш
Индуктивті күш
Енді бір фазалық энергия құрылғысына толығымен индуктивті элементтерден тұратын жағдайда қараңыз, бұл демек, ағым төменгі көлемдік шама φ = + 90o деп алып, бұл формуланы ескере отырып, 
Бұл формула бойынша, күш алмасу үшін әртүрлі бағыттарда өтуі керек. 0o дан 90o ға дейін ол теріс жарты цикл болады, 90o дан 180o ға дейін ол оң жарты цикл болады, 180o дан 270o ға дейін ол да теріс жарты цикл болады, ал 270o дан 360o ға дейін ол да оң жарты цикл болады. Сондықтан, бұл күш өзінің негізгі сипаттамасына қарай, құралдан шығарылған күштен екі есе жиі өзгереді. Күш өзара алмасу үшін, бір жарты циклде құралдан жүкке, екінші жарты циклде жүктен құралға өтеді, сондықтан бұл күштің орташа мәні нөлге тең. Сондықтан, бұл күш ешқандай пайдалы ишеністерге қолданылмайды. Бұл күш реактивті күш деп аталады. Бұл реактивті күш формуласы толығымен индуктивті құрылғыға байланысты, сондықтан бұл күш индуктивті күш деп де аталады.
Егер құрылғы толығымен индуктивті болса, оң жарты циклде магниттік энергия сақталады, ал теріс жарты циклде ол беріледі. Бұл энергияның өзгеру темпі индуктордың реактивті күші немесе индуктивті күш деп белгіленеді. Бұл күште оң және теріс циклдер тең болады, ал жалпы мәні нөлге тең болады.
Конденсаторлық энергия
Енді біз екі фазалы энергия схемасын толығымен конденсаторлық деп қарастырайық, бұл ағым көрсеткіштің тендеуіне 90° бұрылған, сонымен φ = – 90°.
Сонымен, конденсаторлық энергия теңдеуінде да, энергияның альтернативті бағытта ағып өтуі табылады. 0° мен 90° аралығында ол оң жарты цикл, 90° мен 180° аралығында теріс жарты цикл, 180° мен 270° аралығында қайтада оң жарты цикл, ал 270° мен 360° аралығында қайтада теріс жарты цикл болады. Сондықтан, индуктивті энергиясына ұқсас, конденсаторлық энергия да пайдалы истеуге қатыспайды. Бұл энергия да реактивті энергия болып табылады.
Энергияның активті және реактивті компоненттері
Электр энергия теңдеуін жаңы түрде жазуға болады
Бұл теңдеуде екі мүше бар; біріншісі Vm. Im.cosφ(1 – cos2ωt) теріске айналмайды, себебі (1 – cos2ωt) мәнінің әрқашан нөлге тең немесе оң болады, теріс бола алмайды.
Бұл бөлігі жеке фазадағы энергия теңдеуінің реактивті энергияны білдіреді, бұл энергия әдетте нақты энергия немесе жалпы энергия деп аталады. Бұл энергияның орташа мәні нөлден басқа болады, бұл энергия физикалық түрде пайдалы ишеністерді іске қосады, сондықтан бұл энергия нақты энергия немесе жалпы энергия деп аталады. Энергия теңдеуінің бұл бөлігі реактивті энергияны білдіреді, бұл энергия әдетте нақты энергия немесе жалпы энергия деп аталады.
Екінші мүше Vm. Im.sinφsin2ωt теріс және оң цикстерге ие. Сондықтан, бұл компоненттің орташа мәні нөл. Бұл компонент реактивті компонент деп аталады, себебі ол жолда жартылай-жартылай жүріп, пайдалы ишеністерді іске қоспаған.
Екеуі де нақты энергия мен реактивті энергия ватт ретінде өлшенеді, бірақ реактивті компонент нақты энергия емес деп белгілеу үшін, ол вольт-ампер реактивті немесе қысқартылған VAR өлшемдерінде өлшенеді.
Жеке фазадағы энергия барлық напряжениелер бірдей өзгерген өндірістік жүйені білдіреді. Ол қозғалыс және магниттік талағында қозғалыс және стационарлық катушка қозғалысы арқылы өндіріледі. Шыққан альтернативті напряжение және альтернативті ток. Әр түрлі схемалар синусоидалық кіріс қолданылуына әртүрлі жауап береді. Біз әр түрлі схемаларды қарастырамыз, бұлдар электр сопротивление гана, емкость гана және индуктор гана, және олардың үштін бір комбинациясы, және жеке фазадағы энергия теңдеуін қалыптастыруға тырысамыз.
Тағырлы схема үшін жеке фазадағы энергия теңдеуі
Бір фазалық энергия есептеу туралы қарастырайық бір фазалық энергия есептеу жұмсақтықсыз схема үшін. Жұмсақтықсыз омдық сопротивтің схемасы электр төккен ресми V, төмендегі суретте көрсетілген.
Мұнда, V(t) = моменттік напряжение.
Vm = напряжениенің максималды мәні.
ω = радиан/секунд тең радиандық қырғызықтық жылдамдық.
Ом заңы бойынша,
V(t) мәнін жоғарыдағы теңдеуге қойғанда, аламыз:
(1.1) және (1.5) теңдеулерден V(t) және IR фазада бірдей болатыны анық. Сондықтан, жұмсақтықсыз омдық сопротив үшін, напряжения және ток арасында фазалық айырмашылық жоқ, яғни олар фазада бірдей, (b) суретте көрсетілген.
Моменттік өнеркөріктік,
(1.8) бір фазалық энергия теңдеуі бойынша, өнеркөріктік екі бөліктен тұратыны анық, бірі тұрақты бөлік, яғни
және екіншісі дейінгі бөлік, яғни
ол толық циклде нөлге тең. Сондықтан, жұмсақтықсыз омдық сопротив арқылы өтетін өнеркөріктік мына түрде беріледі және (c) суретте көрсетілген.
Тұрақты индуктивтік схема үшін бір фазалы күш теңдеуі
Индуктор - бұл пассивті компонент. АК ток индуктор арқылы өткенде, ол оның ішінде ток өткізуді қолданылған вольтаж қарсы тағындау арқылы қайта токтатады. Сондықтан, қолданылған вольтаж, оның ішінде жасалған тағындау токтатуын балансирау керек. Синусоидалық вольтаж Vrms бойынша тұрақты индукторден тұратын схема төмендегі суретте көрсетілген.
Біз білеміз, индуктор арқылы өткен вольтаж мына формуламен беріледі,
Демек, бір фазалы күш теңдеуі бойынша, I V-ден π/2 болып кемісі немесе басқа сөзмен V I-ден π/2 болып артысқан, АК ток индуктор арқылы өткенде, яғни I және V фазада өзара бейімделген, төмендегі (e) суретте көрсетілген сияқты.
Уақытша күш мына формуламен беріледі,
Мұнда, бір фазалы күш формуласы тек өзгертуіш терминнен тұрады және толық цикл үшін күш мәні нөлге тең.
Тұрақты капацитивтік схема үшін бір фазалы күш теңдеуі
АС ток арқылы конденсатор өткенде, ал сначала максималды мәнге жеткізіледі, енді де зарядталады. Конденсатордегі напряжение мынаған байланысты болады,конденсатор:
Демек, I(t) және V(t) үшін бір фазалық энергия есептеуі нәтижесінде, конденсатордағы ток напряжементтен π/2 бұрышында алып келеді.
Конденсатор арқылы өтетін энергия тек колебаниялық терминнен тұрады, және толық циктің энергиясының мәні нөлге тең.
RL схемасы үшін бір фазалық энергия теңдеуі
Тұрақты омдық сопротивті және индукторды (g) фигураға қатысты көрсетілгендей сериялық түрде электртеншік V-ға қосылған. Сонда R артындағы төмендеу VR = IR, ал L артындағы төмендеу VL = IXL.
Бұл төмендеулер (i) фигуранда көрсетілгендей вольтаж үшбұрышы түрінде көрсетіледі. OA векторы R = IR артындағы төмендеуді, AD векторы L = IXL артындағы төмендеуді, ал OD векторы VR және VL нәтижесін көрсетеді.
RL цепь қарсылығы.
векторлық диаграмма бойынша V I-ден басып, фазалық бұрыш φ мына формуламен анықталады,
Сонымен, қуат екі мүшеден тұрады: бірі тұрақты мүше 0.5 VmImcosφ, екіншісі - өзгеріп отыратын мүше 0.5 VmImcos(ωt – φ), оның деңгейі цикл үстінде нөлге тең.
Сонымен, нақты қуатты жеткізген тек тұрақты мүше болады.
Сонымен, қуат, p = VI cos Φ = (rms напряжение × rms ток × cosφ) ватт
Мұнда cosφ - қуаттың коэффициенті, мына формуламен анықталады,
I-нің екі туынды компоненттері Icosφ V-ға параллель, Isinφ V-ға перпендикуляр. Реалды қуатқа ғана Icosφ үлес қосады. Сонымен, тек VIcosφ-ні активті компонент деп, VIsinφ-ні реактивті компонент деп атайды.
Бір фазалы RC схемасы үшін энергия теңдеуі
Біз білеміз, ағым чисто конденсаторда, напряжение жөнінен алдын алады, ал чисто омиялық кедергіде олар бірдей фазада болады. Сондықтан, RC схемасында жалпы ағым напряжение жөнінен φ бұрышына алдын алады. Егер V = Vmsinωt болса, I де Imsin(ωt + φ) болады.
Энергия R-L схемасындағы сияқты. R-L схемасынан айырмашылықтың бірі, R-C схемасында R-L схемасы электр энергия коэффициенты алдын алады.
Үш фазалы энергияның анықтамасы
Табылғанымен, үш фазалы энергия табыу бір фазалы энергиядан экономикалық болады. Үш фазалы электр энергия системасында, үш напряжение және ағым толқындары әрбір циклде 120o уақытта өтуі мүмкін. Бұл дегеніміз, әрбір напряжение толқыны басқа напряжение толқынына 120o фазада айырмашылық болады, ал әрбір ағым толқыны басқа ағым толқынына 120o фазада айырмашылық болады. Үш фазалы энергияның анықтамасы електр системасында, үш жеке бір фазалы энергиялар үш жеке энергия схемасы арқылы өткізіледі. Бұл энергиялардың напряжениелері үстелде 120o фазада айырмашылық болады. Сол сияқты, бұл энергиялардың ағымдары да үстелде 120o фазада айырмашылық болады. Идеалды үш фазалы энергия система, балансыз система деп аталады.
Үш фазалық жүйенің артықшылыkları
Бір фазалық энергиядан көбірек пайдалану үшін көптеген себептер бар.
Бір фазалық энергия теңдеуі
Уақытқа тәуелді функция. Ал енді үш фазалық энергия теңдеуі
Уақытқа тәуелсіз тұрақты функция. Сондықтан бір фазалық энергия пульсацияға ұшырайды. Бұл жағдайда низкий рейтингті электр моторларына әсер етпейді, бірақ үлкен рейтингті электр моторларында әлсіздік туындайды. Сондықтан үш фазалық энергия үлкен деңгейдегі энергия жүктері үшін ұсынылатын.Үш фазалық машина бірдей өлшемді бір фазалық машинаға салыстырғанда 1.5 есе үлкен рейтингке ие.
Бір фазалы индуктивті мотор бастапқы моменті жоқ, сондықтан бастау үшін көмекші құралдар қажет, бірақ үш фазалы индуктивті мотор өзінен басталады - көмекші құралдарға қажет емес.
Коэффициент қуаттылық және эффективтілік, екеуі де үш фазалық жүйеде үлкен.
Үш фазалық энергия теңдеуі
Анықтау үшін, үш фазадағы энергия теңдеуі дегеніміз, яғни үш фазадағы энергия есебі үшін біз алдымен үш фазалы жүйенің тең салмақты болған іdeal ситуацыяны қарастыруымыз керек. Бұл тұжырымдама, әр фазадағы напряжение мен электр ағысы өзара 120о пайызды айырмашылыққа ие болады, сондай-ақ әр электр ағысының амплитудасы және әр напряжендин амплитудасы тең болады. Содан кейін, үш фазадағы энергия жүйесіндегі әр фазадағы напряжение мен электр ағысының арасындағы бұрыштық айырмашылық φ болады.
Содан кейін, күрікті фазадағы напряжение мен электр ағысы болады
соответственно.
сары фазадағы напряжение мен электр ағысы болады-
соответственно.
Және көк фазадағы напряжение мен электр ағысы болады-
соответственно.
Сонымен, күрікті фазадағы мезгілдік энергия теңдеуі –
Сол сияқты, сары фазадағы мезгілдік энергия теңдеуі –
Сол сияқты, көк фазадағы мезгілдік энергия теңдеуі –
Жүйедегі үш фазадағы жалпы энергия әр фазадағы жеке энергиялардың қосындысына тең-
Бұл энергия теңдеуі, мезгілдік жалпы энергияның әр фазадағы реальды энергияның үш есе тең екендігін көрсетеді. Бір фазадағы энергия теңдеуінде біз реактивті энергия мен активті энергия компоненттерін табуымыз келген, бірақ үш фазадағы энергия теңдеуінде мезгілдік энергия тұрақты болады. Нақты айтканда, үш фазада әрбір жеке фазадағы реактивті энергия нөлге тең емес, бірақ олардың қосындысы мезгілдік түрде нөлге тең болады.
Реактивті күш - бұл магниттық энергияның формаһы, электр схемасында бірнеше уақыт ішінде ағып өтуі. Оның өлшем бірлігі ВАР (Вольт Ампер Реактивті). Бұл күш AC схемасында пайдаланылмайды. Бірақ, DC электр схемасында ол жылуға айналуы мүмкін, мысалы, зарядталған конденсатор немесе индуктор резисторға қосылғанда, элементте сақталған энергия жылуға айналады. Біздің энергетикалық жүйелеріміз AC системасына негізделген және күнделікті өмірде қолданылатын көптеген жүктер индуктивті немесе конденсативті болғандықтан, реактивті күш электр техникалық жағынан өте маңызды түсіндірме.
Басқарма: Electrical4u.
Ескерту: Оригиналды сыйлаңыз, жақсы мақалалар бөлісу артықтай, егер автордық құқықтарды бұзылуы туындап шыққанда жою үшін хабарласыңыз.
