Střídavý proud, střídavý proud - vzorec. DC a AC napájení

Jedenkrát Edison a Tesla byli odpůrci při používání elektrického proudu v energetice. Tesla věřil, že je nutné použít střídavý proud a Edison - že musíte použít stejnosměrný proud. Druhý vědec měl více příležitostí, protože se zabýval obchodem, ale Tesla nakonec získal, protože měl prostě pravdu.

Úvod

Střídavý proud je mnohem efektivnější pro přenos energie. Představme si, jak se vypočítá střídavý proud, protože střídavý proud je síla, která se přenáší na dálku.

Výpočet výkonu

Předpokládejme, že máme generátor střídavého napětí, který je připojen k zátěži. Výstup generátoru, mezi dvěma body na svorkách, napětí se sinusově mění, a libovolná zatížení je vytvořen: na cívky, odpor, kondenzátor, elektromotor.

V proudovém obvodu proudí proud, který se mění podle harmonických zákonů. Naším úkolem je stanovit, co se rovná síle zátěže spotřebované generátorem. Máme k dispozici generátor. Zdrojem dat je směr vstupu, který se bude lišit podle harmonického pravidla:

(U (t) = U (m) cos wt)

Zatížení je nejobecnější koncept.

Proud v zátěži a tedy v drátech, které přenášejí energii na zátěž, se bude lišit. Frekvence současných kmitů bude stejná jako frekvence kmitání napětí, ale existuje i koncepce fázového posunu v intervalech kmitání proudu a napětí:

(I (t) = 1 (m) cos wt)

Další výpočty

Výkon indikátorů bude stejný jako výrobek:

P (t) = 1 (t) U (t)

Tento zákon platí i pro střídavý proud s výkonem, který je třeba vypočítat, a pro konstantu.

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

Napájení střídavým proudem se vypočítá pomocí tří vzorců. Výpočty uvedené výše se týkají základního vzorce, které vyplývá z definice proudu a napětí.

Je-li část řetězce homogenní a pro tuto část řetězu lze použít Ohmův zákon, nelze takové výpočty použít zde, protože nepoznáme povahu zatížení.

Určete výsledek

Nahrazujeme hodnoty proudu a napětí v tomto vzorci a pak nám pomohou znalosti trigonometrických vzorců:

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

Tento vzorec používáme a získáme výpočty:

P (t) = 1 (m) U (m) cos (wt + J) cos wt

Po zjednodušení výsledků získáváme:

P (t) = 1 (m) U (m) / cos (wt + J) + I (m)

Podívejme se na tento vzorec. Zde první termín závisí na čase, mění se podle harmonického zákona a druhý je konstantní hodnotou. Napájení střídavým proudem se skládá z konstantní a střídavé složky.

Pokud je výkon kladný, zátěž čerpá energii z generátoru. Při negativním výkonu naopak zatížení vypíná generátor.

Najděme průměrnou hodnotu výkonu po určitou dobu. Pro tento účel je práce elektrického proudu dělena hodnotou tohoto období.

Síť třífázového střídavého obvodu je součtem proměnné a DC komponent.

Aktivní a jalový výkon

Mnoho fyzických procesů může být reprezentováno vzájemnými analogiemi. Na tomto základě se pokusíme odhalit podstatu koncepcí aktivní síly obvodu střídavého proudu a reaktivního výkonu obvodu střídavého proudu.

Sklo je elektrárna, voda je elektřina, trubice je kabel nebo drát. Čím vyšší je sklo, tím větší napětí nebo tlak.

Parametry výkonu v síti AC typu aktivní nebo reaktivní závisí na těch prvcích, které spotřebovávají takovou energii. Aktivní - energie indukčnosti a kapacity.

Ukažme to na kondenzátoru, nádobě a sklenici. Aktivní jsou ty prvky, které dokáží přeměnit energii na jiný druh. Například v teple (železo), světlo (žárovka), pohyb (motor).

Reaktivní energie

Při simulaci reaktivní energie se napětí zvyšuje a kapacita se naplní. Jak se napětí snižuje, je uložená energie vrácena zpět do elektrárny. To se opakuje cyklicky.

Vlastním významem reaktivních prvků je akumulace energie, která se pak vrátí zpět nebo použije pro jiné funkce. Ale to není zbytečné. Hlavní nevýhodou tohoto derivátu je to, že virtuální potrubí, podle něhož energie probíhá, má odpor a procento úspor je na něm vynaloženo.

Celý výkon obvodu střídavého proudu vyžaduje náklady na určité procento úsilí. Z tohoto důvodu se velké podniky potýkají s reaktivní složkou plné kapacity.

Aktivní energie je energie, která se spotřebovává nebo přeměňuje na jiné druhy - světlo, teplo, pohyb, to znamená nějakou práci.

Zkušenosti

Pro experiment, vezměte sklo, které slouží jako aktivní součást moci. Je to součást energie, která musí být spotřebována nebo přeměněna na jiný druh.

Můžete vypít nějakou energii vody. Celkový činitel AC je výkonový faktor, který se skládá z reaktivních a aktivních složek: energie protékající vodní trubkou a energie, která se mění.

Jak vypadá celková síla v naší analogii? Část vody je opilá a zbytek bude pokračovat v chodu po trubce. Jelikož máme reaktivní kapacitní prvek - kondenzátor nebo kapacitu, snížíme vodu a začneme simulovat zvýšení a pokles napětí. Je vidět, jak voda proudí ve dvou směrech. Proto se v tomto procesu používají jak aktivní, tak reaktivní složky. Společně je to celková síla.

Převod energie

Aktivní výkon je přeměněn na jiný typ energie, například v mechanickém pohybu nebo topení. Reaktivní výkon, který se hromadí v reaktivním elementu, se později vrátí zpět.

Celkový výkon je geometrický součet aktivního a jalového výkonu.

Pro výpočet používáme trigonometrické funkce. Fyzický význam výpočtů je následující. Vezměte obdélníkový trojúhelník, ve kterém je jedna strana 90 stupňů. Jednou ze stran je jeho hypotenuse. Tam je sousední a opačný k pravému úhlu nohy.

Kosinus je reprezentován vztahem, který určuje délku sousední nohy vzhledem k délce hypotenze.

Síň úhlu je druh vztahu, který je délka protilehlé nohy ve vztahu k hypotenze. Pokud znáte úhel a délku jedné strany, můžete vypočítat všechny další úhly a délku.

V tomto trojúhelníku můžete vzít délku hypotenze a sousední nohy a vypočítat tento úhel pomocí funkce trigonometrického kosinu. Výkon DC a AC se počítá s využitím těchto znalostí.

Pro výpočet úhlu můžete použít inverzní funkci kosinusu. Získáme potřebný výsledek výpočtů. Chcete-li vypočítat délku protilehlé nohy, můžete vypočítat sinus a získat poměr protilehlé nohy k hypotenze.

V tomto popisu je navrženo výpočet výkonu střídavého obvodu vzorce.

V DC obvodech je výkon součtem napětí na proud. V AC obvodech funguje toto pravidlo, ale jeho interpretace nebude zcela správná.

Indukčnost

Kromě aktivních prvků, reaktivních prvků - indukčnosti a kapacity. V DC obvodech, kde se hodnota amplitudy napětí proudů nemění s časem, bude pracovat s tímto odporem pouze včas. Indukčnost a kapacita mohou nepříznivě ovlivnit síť.

Aktivní výkon, který má třífázový obvod střídavého proudu, může provádět užitečnou práci a reaktivní nevykonává žádnou užitečnou práci, ale je vynaložen pouze na překonání indukčnosti a kapacity reaktance.

Budeme se snažit tuto zkušenost naplnit. Vezměte zdroj střídavého napětí 220 wattů s frekvencí 50 Hz, snímače napětí a proudu, zatížení, které je aktivní 1 Ω a indukční odpor 1 Ω.

K dispozici je také přepínač, který bude v určitém okamžiku připojen, aktivní kapacitní zátěž. Začneme tento systém. Kvůli pohodlí uvádíme koeficienty korekce napětí.

Spuštění zařízení

Když spustíte zařízení, můžete vidět, že napětí a proud sítě se neshodují ve fázi. Existuje přechod přes 0, u kterého je úhel - faktor výkonu sítě. Čím menší je tento úhel, tím vyšší je faktor účinnosti, který je uveden na všech střídavých zařízeních, například elektrických strojích nebo svařovacích transformátorech.

Úhel závisí na hodnotě indukčního odporu zátěže. Při posunu směru se síťový proud zvyšuje. Představte si, že odpor cívky nemůže být redukován, ale je třeba zlepšit kosinus sítě. K tomu jsou zapotřebí kondenzátory, které na rozdíl od indukčnosti překračují napětí a mohou vzájemně kompenzovat jalový výkon.

Spojení bod kondenzátorové 0,05 s prudkým poklesem cosinus téměř na 0. To je také, je prudký pokles proudu, který kondenzátorové nemá hodnota amplitudy, je mnohem nižší než při kondenzátorové baterie.

Spojením kondenzátorové banky bylo možné snížit výkon spotřebovaného proudu ze sítě. Jedná se o pozitivní moment a umožňuje snížení síťového proudu a úsporu průřezu kabelů, transformátorů, energetických zařízení.

Pokud dojde k odpojení indukční zátěže a odporu dojde v procesu, kdy cosinus sítě povede k fázovým posunem a velkou současnou vlnou, která vede k síti, a nejsou určeny ke spotřebě z ní, co se děje v generátoru režimu jalového výkonu po připojení kondenzátorové.

Výsledky

Aktivní výkon opět zůstává konstantní a rovná se nule, protože neexistuje indukční odpor. Došlo k procesu generování jalového výkonu v síti.

Proto je prioritní úkol kompenzovat jalový výkon velkých podniků spotřebovávaných kolosálními objemy z energetických systémů, neboť to šetří nejen elektrická zařízení, ale také náklady na placení samotného jalového výkonu.

Tento koncept je regulován a společnost vyplácí jak spotřebovanou tak i generovanou kapacitu. Zde jsou instalovány automatické kompenzátory, které podporují rovnováhu výkonu na dané úrovni.

Pokud silné zatížení vypnete, pokud nevypnete kompenzační zařízení ze sítě, do sítě se vygeneruje jalový výkon, což způsobí problémy s napájecím systémem.

V každodenním životě nemá kompenzace jalového výkonu smysl, protože zde spotřeba energie je mnohem nižší.

Aktivní a reaktivní síla jsou koncepty školního fyziky.