Elektriskā enerģija Vienspindulīgā un Trispindulīgā enerģija Aktīvā Reaktivā Apgalvojama

Sarekā jauda

Tas ir ļoti konceptuāli un svarīgi izprast. Lai izveidotu sarekās jaudas izteiksmi, mums jāņem vērā vienfazu tīkls, kur spriegums un strāva var tikt attēloti kompleksā formā kā V.ejα un I.ejβ. Kur α un β ir leņķi, ko sprieguma vektors un strāvas vektors veido ar atbilstošu atskaites ass. Aktīvā jauda un reaktivā jauda var tikt aprēķinātas, ņemot produktu no sprieguma un strāvas konjugāta. Tas nozīmē,

Šis (α − β) ir nekas cits kā leņķis starp spriegumu un strāvi, tātad tas ir fāzes atšķirība starp spriegumu un strāvi, kas parasti apzīmēta ar φ.
Tādējādi, šī vienādojuma var pārrakstīt kā,

Kur, P = VIcosφ un Q = VIsinφ.
Šī lielākums S tiek saukts par sarežģīto jaudu.
Sarežģītās jaudas lielums, t.i. |S| = (P2 + Q2)½ ir zināms kā dzīvā jauda un tā mērvienība ir volti-amperi. Šis lielums ir absolūtās vērtības reizinājums no sprieguma un strāve. Atkal absolūtā strāves vērtība tiek tieši saistīta ar sildīšanas efektu saskaņā ar Džeula sildīšanas likumu. Tādējādi, elektroierīča apreize parasti tiek noteikta tās dzīvās jaudas nodrošināšanas spējā ierobežojumos pieļaujamajā temperatūrā.
Ir jāņem vērā, ka sarežģītās jaudas vienādojumā, termins Q [ = VIsinφ ] ir pozitīvs, kad φ [= (α − β)] ir pozitīvs, t.i., strāve aizpaliek no sprieguma, kas nozīmē, ka slodze ir induktīva rakstura. Atkal Q ir negatīvs, kad φ ir negatīvs, t.i., strāve ieplāno spriegumu, kas nozīmē, ka slodze ir kapacitīva.

Vienfāzes jauda

Vienfase elektroenerģijas pārvades sistēma praktiski nav pieejama, bet mums jāsaprot pamatjēdziens par vienfase enerģiju, pirms pāriet uz moderno trīsfase enerģijas sistēmu. Pirms iedziļināmies vienfase enerģijas detaļās, mēģināsim saprast dažādus parametrus elektroenerģijas sistēmā. Trīs pamatparametri elektroenerģijas sistēmā ir elektriskā pretestība, induktancija un kapacitāte.

Pretestība

Pretestība ir jebkura materiāla inerseja īpašība, kādēļ tā pretojas strāvas plūsmai, traucējot elektronu kustību caur to, izraisojot sadursmes ar stacionārajām atomiem. Šajā procesā radītais siltums tiek izdalīts un pazīstams kā ohmaisks enerģijas zaudējums. Kad strāva plūst caur pretestības elementu, starp spriegumu un strāvu nebūs fāzes atšķirības, kas nozīmē, ka strāva un spriegums ir vienā fāzē; starp tiem fāzes leņķis ir nulle. Ja I strāva plūst caur elektrisko pretestību R t sekundes, tad kopējā enerģija, ko patērē pretestības elements, ir I2.R.t. Šī enerģija pazīstama kā aktīvā enerģija, un attiecīgā jauda pazīstama kā aktīvā jauda.

Induktancija

Induktivitāte ir īpašība, ar kuru induktors uzglabā enerģiju magnētiskā laukā pozitīvajā pusgaitā un iznoda šo enerģiju negatīvajā pusgaitā vienfazējā elektroenerģijas piegādē. Ja caur spīnu ar induktivitāti L henrijs plūst strāva 'I', enerģija, kas uzglabāta spīnā magnētiskā lauka formā, tiek aprēķināta pēc formulas

Induktivitātes saistītā jauda ir reaktīvā jauda.

Kondensatora kapacitance

Kapacitance ir īpašība, ar kuru kondensators uzglabā enerģiju statiskajā elektriskajā laukā pozitīvajā pusgaitā un iznoda to negatīvajā pusgaitā. Enerģija, kas uzglabāta starp diviem paralēliem metāla plāksņiem ar elektrisko potenciālu atšķirību V un kapacitanci C, tiek izteikta pēc formulas

Šī enerģija tiek uzglabāta statiskā elektriskā laukā. Kondensatora saistītā jauda arī ir reaktīvā jauda.

Aktīvā jauda un reaktīvā jauda

Apvērsīsim vienfāzes enerģijas plūsmu, kur strāva atpaliek no sprieguma ar leņķi φ.
Ja pagaidu elektriskā sprieguma atšķirība v = Vm.sinωt
Tad pagaidu strāva var tikt izteikta kā i = Im. sin(ωt – φ).
Kur, Vm un Im ir maksimālie vērtības sinusoidāli mainīgajam elektriskajam spriegumam un strāvai attiecīgi.
Pagaidu plūsma šajā šķērsubā ir dota ar

Aktīvā plūsma

Rezistīvā plūsma

Apsveriet situāciju, kad vienfāzes enerģijas plūsma ir pilnībā rezistīva, tas nozīmē, ka fāzes leņķis starp spriegumu un strāvu, t.i. φ = 0, un tādēļ,


No šīs vienādojuma skaidrs, ka, neatkarīgi no ωt vērtības, cos2ωt vērtība nevar būt lielāka par 1; tāpēc p vērtība nevar būt negatīva. p vērtība vienmēr ir pozitīva, neatkarīgi no pagaidu sprieguma v un strāvas i virziena, tas nozīmē, ka enerģija plūst savā konventionālajā virzienā, t.i. no avota uz slodzi, un p ir enerģijas patēriņa ātrums slodzē, un to sauc par aktīvo plūsmu. Kā šī plūsma tiek patērita rezistīvā efektā elektriskā šķērsubā, tāpēc to dažreiz sauc arī par rezistīvo plūsmu.

Reaktīvā jauda

Induktīvā jauda

Tagad apsvērsim situāciju, kad vienfazējais jaudas kontūras ir pilnībā induktīvs, tas nozīmē, ka strāva atpaliek no sprieguma ar leņķi φ = + 90o. Ievietojot φ = + 90o


Šajā izteiksmē tiek konstatēts, ka jauda plūst abos virzienos. No 0o līdz 90o tā būs negatīvs pusgaitenis, no 90o līdz 180o tā būs pozitīvs pusgaitenis, no 180o līdz 270o tā vēlreiz būs negatīvs pusgaitenis un no 270o līdz 360o tā vēlreiz būs pozitīvs pusgaitenis. Tāpēc šī jauda ir alternatīva siffrā, kas ir divreiz lielāka nekā piegādes frekvence. Kā jauda plūst abos virzienos, t.i., no avota uz slodzi pirmajā pusgaitenī un no slodzes uz avotu nākamajā pusgaitenī, šīs jaudas vidējā vērtība ir nulle. Tāpēc šī jauda neveic neko noderīgu. Šo jaudu sauc par reaktīvo jaudu. Kā iepriekš minētā reaktīvās jaudas izteiksme attiecas uz pilnībā induktīvu shēmu, šo jaudu sauc arī par induktīvo jaudu.

To var secināt, ka ja shēma ir pilnībā induktīva, enerģija tiks saglabāta kā magnētiskā lauka enerģija pozitīvajā pusgaitenī un tiks atdota negatīvajā pusgaitenī, un šīs enerģijas maiņas ātrumu izsaka kā reaktīvo jaudu induktora vai vienkārši induktīvo jaudu, un šī jauda būs ar vienādiem pozitīviem un negatīviem pusgaiteniem, un kopējā vērtība būs nulle.

Kondensatora jauda

Tagād apsvērsim vienfazu jaudas shēmu, kas ir pilnībā kondensatoriska, t.i., strāva ieved spriegumu par spriegumu 90o, tāpēc φ = – 90o.


Tāpēc kondensatoriskā jauda izteiksmē arī atklāj, ka jauda plūst divos virzienos. No 0o līdz 90o tā būs pozitīvā pusgaitenis, no 90o līdz 180o tā būs negatīvā pusgaitenis, no 180o līdz 270o tā būs vēlreiz pozitīvā pusgaitenis, un no 270o līdz 360o tā būs vēlreiz negatīvā pusgaitenis. Tātad šī jauda ir arī alternatīva sastāvdaļa ar frekvenci, kas ir divreiz lielāka nekā piegādes frekvence. Tāpat kā induktīvā jauda, arī kondensatoriskā jauda nedarbojas neko noderīgu. Šī jauda ir arī reaktivā jauda.

Aktīvā un reaktivā jaudas sastāvdaļa

Spēka vienādojumu var pārrakstīt kā

Šis izteiksmes daļa satur divus konstantus; pirmā ir Vm. Im.cosφ(1 – cos2ωt), kas nekad nav negatīvs, jo (1 – cos2ωt) vērtība vienmēr ir lielāka vai vienāda ar nulli, bet nevar būt negatīva.

Šīs vienfazas spēka vienādojuma daļa atspoguļo reaktivā spēka izteiksmi, ko alternatīvi sauc par reālo spēku vai patieso spēku. Šī spēka vidējā vērtība acīmredzami būs nulle, nozīmē to, ka šis spēks fiziski veic noderīgu darbu, tāpēc to sauc arī par reālo spēku vai patieso spēku. Šīs spēka vienādojuma daļa atspoguļo reaktivā spēka izteiksmi, ko alternatīvi sauc par reālo spēku vai patieso spēku.
Otrā daļa ir Vm. Im.sinφsin2ωt, kurai būs gan negatīvas, gan pozitīvas ciklas. Tāpēc šī komponenta vidējā vērtība ir nulle. Šo komponentu sauc par reaktivu komponentu, jo tas pārvietojas uz un atpakaļ līnijā, neveicot noderīgu darbu.
Abiem - aktivajam un reaktīvajam spēkam - ir tādi paši mērvienības Watts, bet lai uzsverētu, ka reaktivais komponents nepārstāv aktīvo spēku, to mēra voltamperreģistrētājos reaktivajos vai īsumā VAR.
Vienspēka sistēma attiecas uz distribūcijas sistēmu, kur visi spriegumi mainās savienojumā. To var radīt, vienkārši pagriežot kustīgo spuldzi magnētiskā laukā vai pagriežot lauku ap stacionāro spuldzi. Alternējošais spriegums un alternējošais strāvas, kas tiek radīts, tiek saukts par vienspēka spriegumu un strāvu. Dažādas shēmas rāda dažādu reakciju uz sinusa forma ievades piemērošanu. Mēs apskatīsim visas šādus shēmas, kas ietver tikai elektrisko pretspēju, tikai kapacitānci un tikai induktoru, un šo trimu kombināciju, mēģinot izveidot vienspēka spēka vienādojumu.

Vienspēka spēka vienādojums tikai pretspēgas shēmai

Pārbaudīsim vienfazējās jaudas aprēķināšanu tikai rezistīvam šķērsliktenim. Šķērsliktenis, kas sastāv no tīras omiskās pretestības, ir savienots ar sprieguma avotu sprieguma V, kā parādīts zemāk esošajā attēlā.

Kur, V(t) = momentānais spriegums.
Vm = sprieguma maksimālā vērtība.
ω = leņķiskā ātrums radiānos/sekundē.

Saskaņā ar Ohma liku ,

Aizstājot V(t) vērtību augstāk minētajā vienādojumā, iegūstam,

No vienādojumiem (1.1) un (1.5) ir skaidrs, ka V(t) un IR ir fāzē. Tātad, gadījumā ar tīru omisko pretestību, starp spriegumiem un strāvas nav fāzes atšķirības, t.i., tie ir fāzē, kā parādīts attēlā (b).

Momentānā jauda,

No vienfazējās jaudas vienādojuma (1.8) ir skaidrs, ka jauda sastāv no diviem locekļiem, viens pastāvīgs, t.i.

un otrs mainīgs, t.i.

Kura vērtība ir nulle pilnam ciklam. Tātad, caur tīru omisko pretestību plūstošā jauda ir dota un parādīta attēlā (c).

Vienfāzējā jaudas vienādojums gandrīz induktīvam šķēršļam

Induktors ir pasīvais komponents. Kad maiņstrāva ieplūst induktorā, tas pretojas strāvas plūsmai, izraisojot atpakaļējo elektromotivu spēku. Tātad, piemērotā sprieguma vietā, ko rada indukts, nepieciešams balansēt izraisīto atpakaļējo elektromotivu spēku. Šķēršļa gaita, kas sastāv no tīra induktora un sinusoīda sprieguma avota Vrms, ir parādīta zemāk redzamajā attēlā.

Zinām, ka induktora virsotnē esošais spriegums ir dots kā,

Tātad, no augstāk minētā vienfāzējā jaudas vienādojuma skaidrs, ka I aizlojās V ar π/2 vai citiem vārdiem sakot, V iegāž I ar π/2, kad maiņstrāva ieplūst induktorā, t.i., I un V ir ne savā fāzē, kā parādīts figūrā (e).

Momēntānā jauda ir dota kā,

Šeit, vienfāzējā jaudas formula sastāv tikai no mainīgā termiņa, un pilnas cikla laikā jaudas vērtība ir nulle.

Vienfāzējā jaudas vienādojums gandrīz kapacitīvam šķēršļam

Kad AC strāva ieplūst kondensatorā, tas vispirms uzlādējas līdz savam maksimālam vērtībai un pēc tam atlādējas. Spriegums uz kondensatora ir dota kā,


Tātad, no augstāk minētajiem vienfazijas jaudas aprēķiniem I(t) un V(t) ir skaidrs, ka gadījumā ar kondensatoru strāva iegriež spriegumu par leņķi π/2.


Jauda caur kondensatoru sastāv tikai no svārstību termina, un pilna cikla jaudas vērtība ir nulle.

Vienfazijas jaudas vienādojums RL shēmai

Tīrs ohmiskais rezistors un induktors ir savienoti sērijā kā parādīts figūrā (g) uz sprieguma avotu V. Tad pazeminājums uz R būs VR = IR, bet uz L būs VL = IXL.


Šie sprieguma pazeminājumi tiek attēloti formā sprieguma trijstūra, kā parādīts figūrā (i). Vektors OA pārstāv pazeminājumu uz R = IR, vektors AD pārstāv pazeminājumu uz L = IXL, un vektors OD pārstāv rezultātu no VR un VL.

ir impēdance RL šķēršļa.
No vektora diagrammas ir skaidrs, ka V ieved I, un fāzes leņķis φ ir dots ar,

Tātad jauda sastāv no diviem locekļiem, viens pastāvīgs loceklis 0.5 VmImcosφ un otrs mainīgs loceklis 0.5 VmImcos(ωt – φ), kura vērtība ir nulle visā ciklā.
Tātad tikai pastāvīgais daļēks iegulda reālajā jaudas patēriņā.
Tātad jauda, p = VI cos Φ = (efektīvais spriegums × efektīvā strāva × cosφ) vairoms
Kur cosφ tiek saukts par jaudas faktoru un ir dots ar,

I var tikt sadalīts divos taisnstūra komponentos Icosφ pa V un Isinφ perpendikulāri V. Tikai Icosφ iegulda reālajā jaudā. Tātad, tikai VIcosφ tiek saukts par wattfull komponentu vai aktīvo komponentu, un VIsinφ tiek saukts par wattless komponentu vai reaktivu komponentu.

Vienfaseja ūdenskrituma vienādojums RC šķērsējā

Zinām, ka strāva čistā kapacitātē ieved spriegumu un čistā ohma rezistencē tā ir fāzē ar spriegumu. Tādējādi, neto strāvu ved spriegums ar leņķi φ RC šķērsējā. Ja V = Vmsinωt un I būs Imsin(ωt + φ).

Jauda ir tāda pati kā R-L šķērsējā R-L šķērsējā. Atšķirībā no R-L šķērsējas elektriskais jaudas koeficients RC šķērsējā ir izvirzīts.

Trijfaseja jauda definīcija

Izrādās, ka trijfasejas jaudas ģenerēšana ir ekonomiskāka nekā vienfasejas jaudas ģenerēšana. Trijfasejā elektriskajā jaudas sistēmā trīs sprieguma un strāvas formes ir 120o atstarpe katrā jaudas ciklā. Tas nozīmē, ka katra sprieguma forma ir 120o fāzes atšķirībā no citas sprieguma formas un katra strāvas forma ir 120o fāzes atšķirībā no citas strāvas formas. Trijfasejas jaudas definīcija norāda, ka elektriskajā sistēmā trīs atsevišķas vienfasejas jaudas tiek realizētas ar trim atsevišķiem jaudas tīkliem. Šo trim jaudu spriegumi ideāli ir 120o atšķirībā no katra cita laika fāzē. Līdzīgi, šo trim jaudu strāvas arī ideāli ir 120o atšķirībā no katra cita. Ideāla trijfaseja jaudas sistēma apzīmē līdzsvaroto sistēmu.

Tika fāzes sistēma tiek saukta par nesakārtotu, ja vismaz viena no trim fāzēm nav vienāda ar pārējām vai fāžu starpība nav precīzi vienāda ar 120o.

Trijas fāžu sistēmas priekšrocības

Ir daudz iemeslu, kāpēc šis enerģijas veids ir labāks nekā vienas fāzes enerģija.

1. Vienas fāzes enerģijas vienādojums ir
   
   Kurš ir atkarīgs no laika. Savukārt trijas fāžu enerģijas vienādojums ir
   
   Kurš ir neatkarīgs no laika un konstants. Tādēļ vienas fāzes enerģija ir pulsojoša. Tas parasti neietekmē mazas jaudas dzinējus, bet lielākos dzinējos tas rada pārmērīgu vibrāciju. Tāpēc trijas fāžu enerģija ir labāka augstākas uzlādes enerģijai.

2. Trīs fāžu mašīnas jauda ir 1,5 reizes lielāka nekā vienas fāzes mašīnas jauda tādā pašā izmērā.

3. Vienas fāzes indukcijas dzinējs nav sākuma momenta, tāpēc mums jānodrošina kāds palīgveids, lai to uzsāktu, bet trīs fāžu indukcijas dzinējs sākas pats - nepieciešams nekāds palīgveids.

4. Jaudas faktors un efektivitāte abiem ir lielāki trijas fāžu sistēmā.

Trīs fāžu enerģijas vienādojums

Lai noteiktu, izmanto trīs fāžu varas vienādojumu, t.i., veicot trīs fāžu varas aprēķināšanu, jāņem vērā ideāls stāvoklis, kad trīs fāžu sistēma ir saskaņota. Tas nozīmē, ka spriegums un strāvas katrā fāzē atšķiras no blakus esošajiem par 120o un katra strāvas viļņa amplitūda ir vienāda, tāpat kā katra sprieguma viļņa amplitūda. Tagad, leņķa atšķirība starp spriegumu un strāvu katrā fāzē trīs fāžu varas sistēmā ir φ.

Tad sarkanas fāzes spriegums un strāva būs
attiecīgi.
Dzeltenas fāzes spriegums un strāva būs-
attiecīgi.
Un zilās fāzes spriegums un strāva būs-
attiecīgi.
Tātad, sarkanas fāzes momentānā vara izteiksme ir –

Līdzīgi dzeltenas fāzes momentānās varas izteiksme ir –

Līdzīgi zilās fāzes momentānās varas izteiksme ir –

Sistēmas kopējā trīs fāžu vara ir katras fāzes individuālās varas summa-

Šī vara izteiksme parāda, ka kopējā momentānā vara ir nemainīga un vienāda ar trim reižu reālo varu katrā fāzē. Vienfāžas varas izteiksmē mēs atradām gan reaktivu, gan aktīvo varas komponentes, bet trīs fāžu varas izteiksmē momentānā vara ir nemainīga. Faktiski, trīs fāžu sistēmā katra individuālā fāze nesatur nulles reaktivu varu, bet to summa jebkurā momentā ir nulle.

Reaktivā jauda ir magnētiskās enerģijas veids, kas plūst vienībā laikā elektriskā šķērsumā. Tās mērvienība ir VAR (Volt Amperes Reaktīvā). Šo jaudu nekad nevar izmantot AC šķērsnē. Tomēr, elektriskā DC šķērsnē to var pārvērst par siltumu, piemēram, kad uzlādēts kondensators vai induktors tiek savienots ar rezistoru, elementā saglabātā enerģija tiek pārvērsta par siltumu. Mūsu enerģētiskā sistēma darbojas ar AC sistēmu un lielākā daļa iepriekšminēto slodžu, kuras mēs ikdienā izmantojam, ir induktīvas vai kapacitīvas, tāpēc reaktīvā jauda no elektriskā viedokļa ir ļoti svarīgs jēdziens.

Avots: Electrical4u.

Paziņojums: Cienīt oriģinālo, labas raksti ir >vērtīgi dalīties, jādzēš ja ir autortiesību pārkāpums.