Curent alternativ, curent alternativ - formula. DC și curent alternativ

La un moment dat, Edison și Tesla au fost oponenți în utilizarea curentului electric în domeniul energetic. Tesla credea că era necesar să utilizeze curent alternativ, iar Edison - că trebuie să aplici curentul direct. Cel de-al doilea om de știință a avut mai multe oportunități, deoarece era angajat în afaceri, dar Tesla a reușit în cele din urmă să câștige, pentru că avea dreptate.

intrare

Curentul alternativ este mult mai eficient pentru a fi utilizat pentru transferul de energie. Să discutăm modul în care se calculează puterea AC, deoarece curentul alternativ este puterea transmisă la distanță.

Calculul puterii

Să presupunem că avem un generator alternativ de tensiune care este conectat la sarcină. Generator de ieșire, între două puncte de pe terminalele, tensiunea variază sinusoidal, și o sarcină arbitrară este luată: bobina, rezistenta, condensator, motorul electric.

Un curent curge în circuitul de sarcină, care variază în conformitate cu legea armonică. Sarcina noastră este să stabilim ceea ce este egal cu puterea sarcinii consumate de generator. Avem un generator la dispoziția noastră. Datele sursă sunt direcția intrării, care va varia în funcție de regula armonioasă:

(U (t) = U (m) cos w)

Încărcarea este cel mai arbitrar concept.

Curentul în sarcină și, în consecință, în cablurile care aduc puterea la sarcină, va varia. Frecvența oscilațiilor actuale va fi aceeași cu frecvența oscilațiilor de tensiune, dar există și conceptul de schimbare de fază în intervalele oscilațiilor de curent și de tensiune:

(I (t) = I (m) cos w)

Calcule suplimentare

Indicatorii puterii vor fi egali cu produsul:

P (t) = I (t) U (t)

Această lege rămâne valabilă atât pentru un curent alternativ cu o putere care trebuie calculată, cât și pentru o constantă.

(I (t) = I (m) cos (wt + J)

Puterea AC cu curent alternativ se calculează folosind trei formule. Calculele prezentate mai sus se referă la formula de bază care rezultă din definirea curentului și a tensiunii.

Dacă partea lanțului este omogenă și se poate folosi legea lui Ohm pentru această parte a lanțului, astfel de calcule nu pot fi folosite aici, deoarece nu știm natura încărcăturii.

Determinați rezultatul

Substituim valorile curentului și tensiunii din această formulă și apoi vom fi ajutați de cunoașterea formulelor trigonometrice:

cosa cosb = cos (a + b) + cos (a - b) / 2

Folosim această formulă și obținem calculele:

P (t) = I (m) U (m) cos (wt + J) cos wt

După simplificarea rezultatelor obținem:

P (t) = I (m) U (m) / cos (wt + J) + I (m)

Să ne uităm la această formulă. Aici primul termen depinde de timp, schimbând în conformitate cu legea armonică, iar al doilea este o valoare constantă. Puterea AC la un curent alternativ este compusă dintr-o componentă constantă și una alternativă.

Dacă puterea este pozitivă, atunci sarcina atrage energia din generator. La putere negativă, dimpotrivă, încărcătura scade generatorul.

Să găsim valoarea medie a puterii pe o perioadă de timp. Pentru aceasta, munca făcută de curentul electric este împărțită de valoarea acestei perioade.

Puterea unui circuit AC trifazat este suma variabilei și a componentelor DC.

Putere activă și reactivă

Multe procese fizice pot fi reprezentate prin analogii reciproce. Pe această bază, vom încerca să dezvăluim esența conceptelor puterii active a circuitului de curent alternativ și a puterii reactive a circuitului de curent alternativ.

Un geam este o centrală electrică, apa este electrică, un tub este un cablu sau un cablu. Cu cât crește înălțimea sticlei, cu atât este mai mare tensiunea sau presiunea.

Parametrii de putere într-o rețea AC de tip activ sau reactiv depind de acele elemente care consumă o astfel de energie. Activ - energia inductanței și a capacității.

Să-i arătăm un condensator, un recipient și un pahar. Sunt active acele elemente care sunt capabile să transforme energia într-un alt fel. De exemplu, în căldură (fier), lumină (bec), mișcare (motor).

Energie reactivă

Când se simulează energia reactivă, tensiunea crește și capacitatea este umplută. Pe măsură ce tensiunea scade, energia stocată este returnată prin sârmă înapoi la centrala electrică. Aceasta se repetă ciclic.

Însăși semnificația elementelor reactive este acumularea de energie, care este apoi returnată sau utilizată pentru alte funcții. Dar nu este irosit. Principalul dezavantaj al acestui derivat este că conducta virtuală, conform căreia energia merge, are rezistență, iar procentul de economii este cheltuit pe ea.

Puterea completă a circuitului AC necesită costurile unui anumit procent de efort. Din acest motiv, întreprinderile mari se luptă cu o componentă reactivă de capacitate maximă.

Energia activă este energia care este consumată sau transformată în alte tipuri - lumină, căldură, mișcare, adică într-un fel de muncă.

experiență

Pentru experiment, luați un pahar, care servește ca o componentă activă a puterii. Ea reprezintă o parte a energiei care trebuie consumată sau transformată într-un alt fel.

Puteți bea o parte din energia apei. Factorul total de putere AC este factorul de putere, care este compus din componente reactive și active: energia care curge prin conducta de apă și cea care este convertită.

Cum arată puterea totală în analogia noastră? O parte din apă este beată, iar restul va continua să alerge de-a lungul tubului. Deoarece avem un element capacitiv reactiv - un condensator sau o capacitate, noi coborâm apa și începem să simulăm o creștere și o scădere a tensiunii. Se poate vedea cum apa curge în două direcții. În consecință, în acest proces se utilizează atât componente active cât și reactive. Împreună, aceasta este puterea totală.

Transformarea puterii

Energia activă este transformată într-un alt tip de energie, de exemplu în mișcare mecanică sau încălzire. Puterea reactivă, care se acumulează în elementul reactiv, revine ulterior.

Puterea totală este suma geometrică a puterii active și reactive.

Pentru calcul, folosim funcții trigonometrice. Sensul fizic al calculelor este după cum urmează. Luați un triunghi dreptunghiular în care o parte este de 90 de grade. Una dintre părți este ipoteza lui. Există un contiguu și opus unghiului drept al piciorului.

Cosinul este reprezentat de o relație care determină lungimea piciorului adiacent în raport cu lungimea hipotenentei.

Sinusul unghiului este tipul de relație care este lungimea piciorului opus relativ la hypotenuse. Cunoscând unghiul și lungimea fiecărei laturi, puteți calcula toate celelalte unghiuri și lungimea.

În acest triunghi, puteți lua lungimea hypotenuse și piciorul adiacent și puteți calcula acest unghi folosind funcția trigonometrică de cosinus. Puterea DC și AC este calculată folosind aceste cunoștințe.

Pentru a calcula unghiul, puteți aplica funcția inversă a cosinusului. Obținem rezultatul necesar al calculelor. Pentru a calcula lungimea piciorului opus, puteți calcula sinele și puteți obține raportul piciorului opus cu hipotensiunea.

Calcularea puterii circuitului de curent alternativ prin formula este propusă în această descriere.

În circuitele de curent continuu, puterea este produsul tensiunii pe curent. În circuitele AC, această regulă funcționează, dar interpretarea ei nu va fi în întregime corectă.

inductanță

În plus față de elementele active, elementele reactive - inductanța și capacitatea. În circuitele de curent continuu, în care valoarea amplitudinii tensiunii curenților nu variază în funcție de timp, funcționarea acestei rezistențe se va produce numai în timp. Inductanța și capacitatea pot afecta negativ rețeaua.

Energia electrică activă, care are un circuit de curent alternativ trifazat poate efectua lucru util, și reactive nu face nici o lucrare utilă, dar numai utilizate pentru a depăși inductanțe și capacități reactanță.

Vom încerca să ne împărtășim experiența. Ia-o sursă de tensiune de curent alternativ, la 220 wați, cu o frecvență de 50 Hz, un senzor de tensiune și o sursă de curent, sarcina care este activ 1 ohm și 1 ohm rezistență inductiv.

De asemenea, există un comutator care va fi conectat la un anumit moment, încărcare capacitivă activă. Să începem acest sistem. Din motive de confort, introducem coeficienții de corecție a tensiunii.

Pornirea dispozitivului

Când porniți dispozitivul, puteți vedea că tensiunea și curentul rețelei nu coincid în fază. Există o tranziție prin 0, la care există un unghi - factorul de putere al rețelei. Cu cât unghiul este mai mic, cu atât este mai mare factorul de putere, care este indicat pe toate dispozitivele AC, de exemplu, mașinile electrice sau transformatoarele de sudură.

Unghiul depinde de valoarea rezistenței inductive de sarcină. Când deplasarea scade, crește curentul rețelei. Imaginați-vă că rezistența bobinei nu poate fi redusă, dar este necesară îmbunătățirea cosinusului rețelei. Pentru aceasta sunt necesare condensatoare, care, spre deosebire de inductanță, depășesc tensiunea și pot compensa reciproc puterea reactivă.

Punctul de conectare al băncii condensator de 0,05, cu o scădere bruscă cosinus aproape la 0. Este, de asemenea, o scădere bruscă a curentului, care banca condensator nu are nici o valoare amplitudine este mult mai mică decât în ​​cazul în care banca condensator.

De fapt, prin conectarea unei bănci de condensatori, a fost posibilă reducerea puterii curentului consumat din rețea. Acesta este un moment pozitiv și permite reducerea secțiunii transversale de curent și de economisire a rețelelor de cabluri, transformatoare, echipamente de alimentare.

Dacă există o deconectare a sarcinilor inductive și rezistența va avea loc procesul, atunci când cosinusul rețelei va conduce la o schimbare de fază și un val mare de curent, care merge la rețea, și nu se consumă de la ea, ceea ce se întâmplă în modul de putere reactivă generator de după conectarea de condensatoare electrice.

rezultate

Energia activă rămâne din nou constantă și egală cu zero, deoarece nu există rezistență inductivă. Procesul de generare a puterii reactive în rețea a început.

Prin urmare, pentru a compensa puterea reactivă pe întreprinderile mari, se consumă volume enorme de sisteme energetice - o sarcină prioritară, deoarece vă permite să salvați nu numai pe echipamentul, ci și pe costul de a plăti pentru puterea cea mai reactivă.

Acest concept este reglementat, iar compania plătește atât capacitățile consumate, cât și cele generate. Aici sunt instalate compensatoare automate, care susțin balanța de putere la un anumit nivel.

Dacă opriți încărcarea puternică, dacă nu opriți dispozitivul de compensare din rețea, puterea reactivă va fi generată în rețea, ceea ce va crea probleme în sistemul de alimentare.

În viața de zi cu zi, compensarea puterii reactive nu are sens, deoarece consumul de energie este mult mai mic.

Puterea activă și reactivă este conceptele cursului fizic al școlii.