Tutti i giorni ci imbattiamo in elettrodomestici, sembra che la nostra vita si fermi senza di essi. E ognuno di essi nelle istruzioni tecniche indica la potenza. Oggi scopriremo di cosa si tratta, impareremo i tipi e i metodi di calcolo.
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Potenza in un circuito a corrente alternata
Gli apparecchi elettrici collegati alla rete funzionano in un circuito a corrente alternata, quindi considereremo la potenza in queste condizioni. Tuttavia, in primo luogo, diamo una definizione generale del concetto.
Potenza - una grandezza fisica che riflette il tasso di conversione o trasmissione dell'energia elettrica.
In un senso più ristretto, dicono che l'energia elettrica è il rapporto tra il lavoro svolto in un certo periodo di tempo e questo periodo di tempo.
Per parafrasare questa definizione in modo meno scientifico, si scopre che la potenza è una certa quantità di energia che viene consumata dal consumatore in un certo periodo di tempo. L'esempio più semplice è una normale lampada a incandescenza. La velocità con cui una lampadina converte l'elettricità che consuma in calore e luce è il suo potere. Di conseguenza, più alto è inizialmente questo indicatore per una lampadina, più consumerà energia e più luce darà.
Poiché in questo caso non c'è solo il processo di conversione dell'elettricità in un altro (leggero, termico, ecc.), ma anche il processo di oscillazione dei campi elettrico e magnetico, compare uno sfasamento tra la corrente e la tensione, di cui si dovrebbe tener conto in ulteriori calcoli.
Quando si calcola la potenza in un circuito a corrente alternata, è consuetudine distinguere i componenti attivi, reattivi e completi.
Il concetto di potenza attiva
La potenza attiva "utile" è quella parte della potenza che caratterizza direttamente il processo di conversione dell'energia elettrica in un'altra energia. Indicato dalla lettera latina P e misurato in watt (mar).
Calcolato secondo la formula: P = U⋅I⋅cosφ,
dove U e I sono rispettivamente il valore efficace della tensione e della corrente del circuito, cos φ è il coseno dell'angolo di fase tra tensione e corrente.
IMPORTANTE! La formula descritta in precedenza è adatta per il calcolo di circuiti con tensione 220V, tuttavia, le unità potenti utilizzano solitamente una rete con una tensione di 380 V. In questo caso, l'espressione deve essere moltiplicata per la radice di tre o 1,73
Il concetto di potenza reattiva
La potenza reattiva "nociva" è la potenza che si genera durante il funzionamento di apparecchi elettrici con carico induttivo o capacitivo e riflette le oscillazioni elettromagnetiche in atto. In poche parole, questa è l'energia che passa dalla fonte di alimentazione al consumatore e poi ritorna alla rete.
Naturalmente, è impossibile utilizzare questo componente negli affari, inoltre, danneggia la rete di alimentazione in molti modi, quindi di solito cercano di compensarlo.
Questo valore è indicato dalla lettera latina Q.
RICORDARE! La potenza reattiva non è misurata in watt convenzionali (mar), e in volt-ampere reattivi (Var).
Calcolato secondo la formula:
Q = U⋅I⋅sinφ,
dove U e I sono rispettivamente il valore efficace della tensione e della corrente del circuito, sinφ è il seno dell'angolo di fase tra tensione e corrente.
IMPORTANTE! Durante il calcolo, questo valore può essere sia positivo che negativo, a seconda del movimento di fase.
Carichi capacitivi e induttivi
La principale differenza tra reattivo (capacitivo e induttivo) carichi - la presenza, infatti, di capacità e induttanza, che tendono ad immagazzinare energia e poi a cederla alla rete.
Un carico induttivo converte l'energia di una corrente elettrica prima in un campo magnetico (durante mezzo mezzo ciclo), quindi converte l'energia del campo magnetico in corrente elettrica e la trasmette alla rete. Esempi sono motori a induzione, raddrizzatori, trasformatori, elettromagneti.
IMPORTANTE! Quando si utilizza un carico induttivo, la curva di corrente è sempre in ritardo rispetto alla curva di tensione di mezzo ciclo.
Un carico capacitivo converte l'energia di una corrente elettrica in un campo elettrico e quindi converte l'energia del campo risultante in una corrente elettrica.Entrambi i processi procedono ancora per mezzo ciclo ciascuno. Esempi sono condensatori, batterie, motori sincroni.
IMPORTANTE! Durante il funzionamento con carico capacitivo, la curva di corrente anticipa la curva di tensione di mezzo ciclo.
Fattore di potenza cosφ
Fattore di potenza cosφ (leggi coseno phi) è una quantità fisica scalare che riflette l'efficienza del consumo di energia elettrica. In parole povere, il coefficiente cosφ mostra la presenza di una parte reattiva e il valore della parte attiva ricevuta rispetto alla potenza totale.
Il coefficiente cosφ si trova attraverso il rapporto tra potenza elettrica attiva e potenza elettrica apparente.
NOTA! In un calcolo più accurato, dovrebbero essere prese in considerazione le distorsioni non lineari della sinusoide, tuttavia vengono trascurate nei calcoli convenzionali.
Il valore di questo coefficiente può variare da 0 a 1 (se il calcolo viene effettuato in percentuale, allora da 0% a 100%). Dalla formula di calcolo non è difficile capire che maggiore è il suo valore, maggiore è il componente attivo, il che significa che le prestazioni del dispositivo sono migliori.
Il concetto di potenza totale. Triangolo del potere
La potenza apparente è un valore calcolato geometricamente uguale alla radice della somma dei quadrati rispettivamente della potenza attiva e reattiva. Designato con la lettera latina S.
Puoi anche calcolare la potenza totale moltiplicando rispettivamente la tensione e la corrente.
S = U⋅I
IMPORTANTE! La potenza apparente è misurata in volt-ampere (VA).
Il triangolo di potenza è una comoda rappresentazione di tutti i calcoli e le relazioni precedentemente descritti tra potenza attiva, reattiva e apparente.
Le gambe riflettono i componenti reattivi e attivi, l'ipotenusa - la potenza totale. Secondo le leggi della geometria, il coseno dell'angolo φ è uguale al rapporto tra la componente attiva e quella totale, cioè è il fattore di potenza.
Come trovare potenza attiva, reattiva e apparente. Esempio di calcolo
Tutti i calcoli si basano sulle formule menzionate in precedenza e sul triangolo del potere. Diamo un'occhiata al problema più spesso riscontrato nella pratica.
Tipicamente, gli apparecchi elettrici sono contrassegnati con la potenza attiva e il valore del coefficiente cosφ. Con questi dati è facile calcolare le componenti reattive e totali.
Per fare ciò, dividiamo la potenza attiva per il coefficiente cosφ e otteniamo il prodotto di corrente e tensione. Questo sarà il pieno potere.
Inoltre, basandoci sul triangolo delle potenze, troviamo la potenza reattiva uguale al quadrato della differenza tra i quadrati delle potenze apparente e attiva.
Come si misura il cosφ in pratica
Il valore del coefficiente cosφ è solitamente indicato sui cartellini degli apparecchi elettrici, tuttavia, se è necessario misurarlo nella pratica, utilizzano un dispositivo specializzato - misuratore di fase. Inoltre, un wattmetro digitale può facilmente far fronte a questo compito.
Se il coefficiente cosφ ottenuto è sufficientemente basso, può essere compensato praticamente. Ciò viene fatto principalmente includendo dispositivi aggiuntivi nel circuito.
- Se è necessario correggere la componente reattiva, è necessario inserire nel circuito un elemento reattivo, che agisca di fronte al dispositivo già funzionante. Per compensare il funzionamento di un motore a induzione, ad esempio un carico induttivo, un condensatore è collegato in parallelo. Un elettromagnete è collegato per compensare il motore sincrono.
- Se è necessario correggere problemi di non linearità, viene introdotto nel circuito un correttore cosφ passivo, ad esempio può essere un'induttanza ad alta induttanza collegata in serie al carico.
La potenza è uno degli indicatori più importanti degli elettrodomestici, quindi sapere cos'è e come viene calcolata è utile non solo per gli scolari e gli specialisti in tecnologia, ma anche per ognuno di noi.
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