Elektrisk kraft Enfase og tre-fase effekt Aktiv Reaktiv Synlig

Kompleks effekt

Det er veldig konseptuelt og grunnleggende å forstå. For å etablere uttrykket for kompleks effekt, må vi først betrakte et enfasenettverk der spennings og strøm kan representeres i kompleks form som V.ejα og I.ejβ. Hvor α og β er vinkler som spenningsvektor og strømvektor danner med hensyn til en referanseakse. Den aktive effekten og den reaktive effekten kan beregnes ved å finne produktet av spenning til konjugert av strøm. Det betyr at,

Dette (α − β) er ikke annet enn vinkelen mellom spenning og strøm, altså fasforskjellen mellom spenning og strøm, som normalt betegnes med φ.
Derfor kan den ovennevnte ligningen skrives om til,

Der P = VIcosφ og Q = VIsinφ.
Dette beløpet S kalles kompleks effekt.
Størrelsen av kompleks effekt, dvs. |S| = (P2 + Q2)½ er kjent som synlig effekt og dens enhet er voltampere. Dette beløpet er produktet av absoluttverdien av spenningen og strøm. Igen er absoluttverdien av strømmen direkte relatert til varmeffekten ifølge Joules varmelov. Derfor bestemmes ratingen av et elektrisk anlegg normalt av dets evne til å bære synlig effekt innen godkjente temperaturgrenser.
Det er verdt å merke seg at i ligningen for kompleks effekt, er leddet Q [ = VIsinφ ] positivt når φ [= (α − β)] er positiv, det vil si, strømmen følger etter spenning, som betyr at belastningen er induktiv i naturen. Igen er Q negativ når φ er negativ; det vil si, strømmen fører spenningen, som betyr at belastningen er kapasitiv.

Enfasseffekt

En enkeltfase elektrisk overføringssystem er i praksis ikke tilgjengelig, men vi bør kjenne grunnleggende konseptet av enkeltfase effekt før vi går gjennom det moderne tre-fase effektsystemet. Før vi går i detalj om enkeltfase effekt, la oss prøve å forstå de ulike parameterene i et elektrisk effektsystem. De tre grunnleggende parameterne i et elektrisk effektsystem er elektrisk motstand, induktans og kapasitans.

Motstand

Motstand er en innebygd egenskap ved ethvert materiale, som motarbeider strømningen av strøm ved å hindre bevegelsen av elektroner gjennom det på grunn av kollisjon med stasjonære atomer. Varmen som genereres av denne prosessen utstrømmes og kalles ohmsk effektsperring. Når strøm flyter gjennom en motstand, vil det ikke være noen fasenorskjell mellom spenning og strøm, som betyr at strøm og spenning er i samme fase; vinkelen mellom dem er null. Hvis I strøm flyter gjennom en elektrisk motstand R i t sekunder, så er den totale energien forbrukt av motstanden I2.R.t. Denne energien kalles aktiv energi og den tilsvarende effekten kalles aktiv effekt.

Induktans

Induktans er egenskapen som gjør at en induktor lagrer energi i et magnetisk felt under den positive halvsyklusen og gir bort denne energien under den negative halvsyklusen av en enfas strømforsyning. Hvis en strøm 'I' flyter gjennom en spole med induktans L Henry, er energien lagret i spolen i form av et magnetisk felt gitt ved

Kraften forbundet med induktans er reaktiv kraft.

Kapasitans

Kapasitans er egenskapen som gjør at en kondensator lagrer energi i statisk elektrisk felt under den positive halvsyklusen og gir bort under den negative halvsyklusen av strømforsyningen. Energien lagret mellom to parallelle metallplater med elektrisk potensialforskjell V og kapasitans C, uttrykkes som

Denne energien er lagret i form av statisk elektrisk felt. Kraften forbundet med en kondensator er også reaktiv kraft.

Aktiv effekt og reaktiv effekt

La oss betrakte en enfasestruktur der strøm kommer etter spenningsdifferens med en vinkel φ.
La den øyeblikkelige elektriske spenningsdifferensen v = Vm.sinωt
Da kan den øyeblikkelige strømmen uttrykkes som i = Im. sin(ωt – φ).
Hvor, Vm og Im er maksimalverdiene for sinusformet variabel elektrisk spenningsdifferens og strøm henholdsvis.
Den øyeblikkelige effekten i kretsen er gitt av

Aktiv effekt

Resistiv effekt

La oss først se på tilfellet der enfasestrukturen er fullstendig resistiv, det vil si at fasen mellom spenningsdifferens og strøm, altså φ = 0, og derfor,


Av denne ligningen er det klart at, uansett verdi av ωt, kan verdien av cos2ωt ikke være større enn 1; derfor kan verdien av p ikke være negativ. Verdien av p er alltid positiv uavhengig av den øyeblikkelige retningen av spenningsdifferens v og strøm i, det betyr at energien flyter i sin konvensjonelle retning, det vil si fra kilde til last, og p er energiforbrukets hastighet av lasten, og dette kalles aktiv effekt. Siden denne effekten forbrukes på grunn av resistiv effekt av en elektrisk krets, kalles den noen ganger også resistiv effekt.

Reaktiv effekt

Induktiv effekt

La oss nå vurdere en situasjon der den enefasede effektkretsen er fullstendig induktiv, det vil si at strømmen ligger bak spenningen med en vinkel φ = + 90o. Ved å sette φ = + 90o


I ovennevnte uttrykk finner vi at effekten flyter i alternativ retning. Fra 0o til 90o vil den ha en negativ halvsyklus, fra 90o til 180o vil den ha en positiv halvsyklus, fra 180o til 270o vil den igjen ha en negativ halvsyklus, og fra 270o til 360o vil den igjen ha en positiv halvsyklus. Derfor er denne effekten av alternerende art med en frekvens som er doblet av forsyningsfrekvensen. Siden effekten flyter i alternerende retning, det vil si fra kilde til last i én halvsyklus og fra last til kilde i neste halvsyklus, er gjennomsnittsverdien av denne effekten null. Derfor utfører ikke denne effekten noen nyttig arbeid. Denne effekten kalles reaktiv effekt. Siden den forklarte reaktiveffekten er relatert til en fullstendig induktiv krets, kalles denne effekten også induktiv effekt.

Dette kan konkluderes med at hvis kretsen er ren induktiv, vil energi bli lagret som magnetfeltenergi under den positive halvsyklusen og gitt bort under den negative halvsyklusen, og hastigheten for denne energiforandringen uttrykkes som reaktiv effekt av induktoren eller bare induktiv effekt, og denne effekten vil ha like store positive og negative sykluser, og nettoverdien vil være null.

Kondensatorisk effekt

La oss nå betrakte en enfasestruktur der strømkretsen er fullstendig kondensatorisk, det vil si at strømmen fører spenningen med 90o, derfor φ = – 90o.


Derfor i uttrykket for kondensatorisk effekt, finner vi også at effekten flyter i alternative retninger. Fra 0o til 90o vil den ha en positiv halvsyklus, fra 90o til 180o vil den ha en negativ halvsyklus, fra 180o til 270o vil den igjen ha en positiv halvsyklus, og fra 270o til 360o vil den igjen ha en negativ halvsyklus. Så denne effekten er også periodisk med en frekvens som er dobbelt så stor som strømfrekvensen. Derfor, på samme måte som induktiv effekt, gjør ikke kondensatorisk effekt noen nyttig arbeid. Denne effekten er også en reaktiv effekt.

Aktiv komponent og reaktiv komponent av effekt

Kraftligningen kan skrives om som

Denne uttrykket har to konsonanter; den første er Vm. Im.cosφ(1 – cos2ωt) som aldri blir negativ fordi verdien av (1 – cos2ωt) alltid er større eller lik null, men kan ikke ha en negativ verdi.

Dette delen av kraftligningen for énfaserepresenterte uttrykket for reaktiv effekt, også kjent som virkelig effekt eller sannt effekt. Gjennomsnittet av denne effekten vil selvfølgelig ha en ikke-null verdi, det betyr at effekten fysisk utfører nyttig arbeid, og derfor kalles denne effekten også virkelig effekt eller noen ganger referert til som sannt effekt. Dette delen av kraftligningen representerer reaktiv effekt, også kjent som virkelig effekt eller sannt effekt.
Det andre leddet er Vm. Im.sinφsin2ωt som vil ha både negative og positive sykluser. Derfor er gjennomsnittet av dette komponentet null. Dette komponentet er kjent som reaktiv komponent, fordi den beveger seg frem og tilbake på linjen uten å utføre noe nyttig arbeid.
Både aktiv effekt og reaktiv effekt har samme dimensjoner i watt, men for å understreke at reaktiv komponent representerer en ikke-aktiv effekt, måles den i voltamper reaktiv eller kort sagt VAR.
Énfase effekt refererer til distribusjonssystemet der alle spenningene varierer i unison. Den kan genereres ved å rotere en bevegelig spole i et magnetfelt eller ved å bevege feltet rundt en stasjonær spole. Den alternerende spenningen og den alternerende strømmen som da produseres, refereres til som énfase spenning og strøm. Forskjellige typer sirkuit viser ulik respons til anvendelse av sinusformet inngang. Vi vil vurdere alle typer sirkuit en etter en, som inkluderer bare elektrisk motstand, bare kapasitans, bare induktor, og en kombinasjon av disse tre, og prøve å etablere énfase effektligning.

Énfase effektligning for ren motstandsbeholdende sirkvit

La oss se på kalkulering av enfasestrom for en ren resistiv krets. Kretsen består av ren ohmsk motstand over en spenningskilde med spenning V, som er vist nedenfor i figuren.

Der V(t) = øyeblikkelig spenning.
Vm = maksimal verdi av spenning.
ω = vinkelhastighet i radianer/sekund.

Ifølge Ohms lov ,

Ved å sette inn verdien av V(t) i ovenstående ligning får vi,

Fra ligningene (1.1) og (1.5) er det klart at V(t) og IR er i fase. Så i tilfelle ren ohmsk motstand, er det ingen faseforskjell mellom spenninger og strøm, dvs. de er i fase som vist i figur (b).

Øyeblikkelig effekt,

Fra enfasestrome-ligningen (1.8) er det klart at effekten består av to ledd, et konstant ledd, nemlig

og et fluktuerende ledd, nemlig

Dens verdi er null for hele svingningen. Dermed er effekten gjennom ren ohmsk motstand gitt som og vist i fig (c).

Enfasisk strømformel for ren induktiv krets

Induktor er en passiv komponent. Når vekselstrøm går gjennom induktoren, motarbeider den strømflyten ved å generere motspenning. Så, den påførte spenningen må balansere den produserte motspenningen i stedet for å forårsake et fall over den. En krets som består av en ren induktor overfor en sinusform spenningskilde Vrms vises nedenfor.

Vi vet at spenningen over induktoren gis som,

Av ovennevnte enfasisk effektformel er det klart at I følger etter V med π/2, eller med andre ord V fører I med π/2, når vekselstrøm går gjennom induktoren, dvs. I og V er ute av fase som vist i figur (e).

Momentan effekt er gitt ved,

Her, enfasisk effektformel inneholder bare et fluktuerende ledd, og verdien av effekten for en full sirkel er null.

Enfasisk effektformel for ren kapasitiv krets

Når vekselstrøm passerer kondensator, lades den først opp til sitt maksimale verdi og deretter deles den. Spenningsfallet over kondensator er gitt som,


Det er derfor klart fra ovennevnte enfase effektberegning av I(t) og V(t) at i tilfelle med kondensator, strømmen forhåndsstrikker spenningen med en vinkel på π/2.


Effekten gjennom kondensatoren består bare av et fluktuert ledd, og verdien av effekten for en full sirkel er null.

Enfase effekt ligning for RL-sirkel

En ren ohmsk motstand og en spole er koblet i serie som vist i figur (g) over en spenningskilde V. Deretter vil spenningsfallet over R være VR = IR, og over L vil det være VL = IXL.


Disse spenningsfallene vises i form av et spennings trekant som vist i figur (i). Vektoren OA representerer spenningsfallet over R = IR, vektoren AD representerer spenningsfallet over L = IXL, og vektoren OD representerer den resulterende effekten av VR og VL.

er impedansen til RL kretsen.
Fra vektordiagrammet er det klart at V leder I, og fasen φ er gitt ved,

Dermed består effekten av to termer, en konstant term 0,5 VmImcosφ, og en annen fluktueringsterm 0,5 VmImcos(ωt – φ), som har verdien null for hele perioden.
Derfor er det bare den konstante delen som bidrar til faktisk effektforbruk.
Derfor er effekten, p = VI cos Φ = (effektiv spenning × effektiv strøm × cosφ) watt
Hvor cosφ kalles effektfaktor og er gitt ved,

I kan dekomponeres i to rektangulære komponenter Icosφ langs V og Isinφ vinkelrett på V. Bare Icosφ bidrar til reell effekt. Derfor kalles kun VIcosφ for effektfull komponent eller aktiv komponent, mens VIsinφ kalles for effekt tom komponent eller reaktiv komponent.

Enfase effekt ligning for RC-krets

Vi vet at strøm i ren kapasitans fører spenning og i ren ohmsk motstand er den i fase. Dermed leder nettstrømmen spenningen med en vinkel på φ i RC-kretsen. Hvis V = Vmsinωt og I vil være Imsin(ωt + φ).

Effekten er den samme som i tilfellet R-L krets. I motsetning til R-L krets er elektrisk effektfaktor ledende i R-C krets.

Tre-fase effekt definisjon

Det er funnet at generering av tre-fase effekt er mer økonomisk enn generering av enkel-fase effekt. I tre-fase elektrisk effekt systemet er de tre spennings- og strøm-bølgeformer 120o forskyvet i tid i hver syklus av effekt. Det betyr at hver spenningsbølge har en faseforskjell på 120o til andre spenningsbølger, og hver strømbølge har en faseforskjell på 120o til andre strømbølger. Tre-fase effekt definisjon sier at i et elektrisk system, bærer tre individuelle enkel-fase effekter ut av tre separate effektkretser. Spenningsene til disse tre effektene er ideelt 120o fra hverandre i tidsfase. På samme måte er strømmene til disse tre effektene også ideelt 120o fra hverandre. En ideal tre-fase effekt system antyder et balansert system.

En trefasystem er det ubalansert når minst en av de tre fasevoltage ikke er lik de andre, eller vinkel mellom fasene ikke er nøyaktig 120o.

Fordeler med trefasesystem

Det er mange grunner til at denne effekten er foretrukket fremfor enefaseeffekt.

1. Ligningen for enefaseeffekt er
   
   som er tidavhengig funksjon. Mens ligningen for trefaseeffekt er
   
   som er tiduavhengig konstant funksjon. Dermed er enefaseeffekten pulsere. Dette har generelt ingen innvirkning på motorer med lav effekt, men i motorer med høy effekt produseres unødig vibrasjon. Så trefaseeffekt er foretrukket for høyspenningsbelastning.

2. Rangering av en trefasemasin er 1,5 ganger større enn rangeringen av samme størrelses enefasemasin.

3. Enefaseinduksjonsmotor har ingen startmoment, så vi må gi noen hjelpemidler for å starte, men trefaseinduksjonsmotor starter selv uten behov for noen hjelpemidler.

4. Effektfaktor og effektivitet er begge større i tilfelle trefasesystem.

Trefaseeffektligning

For å bestemme uttrykket for trefase effektligning dvs. for beregnings av trefase effekt må vi først betrakte en ideal situasjon der trefasesystemet er balansert. Dette betyr at spenning og strømmer i hver fase skiller seg fra sine nabofaser med 120o samt at amplituden til hver strømmesvelling er den samme, og på samme måte er amplituden til hver spenningsbølge den samme. Nå, vinkeldifferansen mellom spenning og strøm i hver fase av trefase effektsystemet er φ.

Så vil spenningen og strømmen i rød fase være
henholdsvis.
Spenningen og strømmen i gul fase vil være-
henholdsvis.
Og spenningen og strømmen i blå fase vil være-
henholdsvis.
Dermed er uttrykket for øyeblikkelig effekt i rød fase –

På samme måte er uttrykket for øyeblikkelig effekt i gul fase –

På samme måte er uttrykket for øyeblikkelig effekt i blå fase –

Den totale trefase effekten i systemet er summen av individuell effekt i hver fase-

Det ovennevnte uttrykket for effekt viser at den totale øyeblikkelige effekten er konstant og lik tre ganger den reelle effekten per fase. I tilfelle et enefase effektuttrykk fant vi at det er både reaktiv effekt- og aktiv effekt-komponenter, men i tilfelle et trefase effektuttrykk er den øyeblikkelige effekten konstant. Faktisk i et trefasesystem er den reaktive effekten i hver enkelt fase ikke null, men summen av dem på et hvilket som helst øyeblikk er null.

Reaktiv effekt er formen for magnetisk energi som flyter per enhet tid i et elektrisk krets. Enheten er VAR (Volt Ampere Reaktiv). Denne effekten kan aldri brukes i en vekselstrømkrets. Imidlertid, i en elektrisk likstrømkrets kan den imidlertid omformes til varme, som når en oppladet kondensator eller spole kobles over en motstand, blir energien lagret i elementet omformet til varme. Vårt strømsystem fungerer på et vekselstrømsystem, og de fleste av belastningene vi bruker i dagliglivet, er induktive eller kapasitive, derfor er reaktiv effekt et viktig konsept fra et elektrisk perspektiv.

Kilde: Electrical4u.

Erklæring: Respekter originalen, godartede artikler fortjener å deles, ved infringement kontakt slett.