Wir alle stoßen jeden Tag auf Elektrogeräte, es scheint, dass unser Leben ohne sie aufhört. Und jeder von ihnen in den technischen Anweisungen gibt die Leistung an. Heute werden wir herausfinden, was es ist, und die Arten und Methoden der Berechnung lernen.
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Leistung in einem Wechselstromkreis
An das Stromnetz angeschlossene Elektrogeräte arbeiten in einem Wechselstromkreis, daher werden wir die Leistung unter diesen Bedingungen berücksichtigen. Lassen Sie uns jedoch zunächst eine allgemeine Definition des Begriffs geben.
Leistung - eine physikalische Größe, die die Umwandlungs- oder Übertragungsrate elektrischer Energie widerspiegelt.
Im engeren Sinne sagt man, elektrische Leistung ist das Verhältnis der in einem bestimmten Zeitraum verrichteten Arbeit zu diesem Zeitraum.
Um diese Definition weniger wissenschaftlich zu umschreiben, stellt sich heraus, dass Leistung eine bestimmte Energiemenge ist, die vom Verbraucher über einen bestimmten Zeitraum verbraucht wird. Das einfachste Beispiel ist eine gewöhnliche Glühlampe. Die Rate, mit der eine Glühbirne den von ihr verbrauchten Strom in Wärme und Licht umwandelt, ist ihre Leistung. Je höher dieser Indikator anfänglich für eine Glühbirne ist, desto mehr Energie verbraucht sie und desto mehr Licht gibt sie ab.
Da es sich hierbei nicht nur um die Umwandlung von Strom in einen anderen (Licht, Thermik usw.), aber auch dem Schwingungsvorgang der elektrischen und magnetischen Felder, tritt eine Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung auf, die bei weiteren Berechnungen berücksichtigt werden sollte.
Bei der Berechnung der Leistung in einem Wechselstromkreis ist es üblich, Wirk-, Blind- und Vollkomponenten zu unterscheiden.
Das Konzept der Wirkleistung
Aktive "Nutzleistung" ist der Teil der Leistung, der den Prozess der Umwandlung elektrischer Energie in eine andere Energie direkt charakterisiert. Mit dem lateinischen Buchstaben P bezeichnet und in gemessen Watt (Di).
Berechnet nach der Formel: P = U⋅I⋅cosφ,
wobei U und I der Effektivwert der Spannung bzw. des Stroms der Schaltung sind, cos φ der Kosinus des Phasenwinkels zwischen Spannung und Strom ist.
WICHTIG! Die zuvor beschriebene Formel eignet sich zur Berechnung von Schaltungen mit Spannung 220VLeistungsstarke Einheiten verwenden jedoch normalerweise ein Netzwerk mit einer Spannung von 380 V. In diesem Fall sollte der Ausdruck mit der Wurzel aus drei oder 1,73 multipliziert werden
Das Konzept der Blindleistung
Blindleistung ist die Leistung, die beim Betrieb von Elektrogeräten mit induktiver oder kapazitiver Last entsteht und die andauernden elektromagnetischen Schwingungen widerspiegelt. Einfach ausgedrückt ist dies die Energie, die von der Stromquelle zum Verbraucher gelangt und dann wieder in das Netz zurückkehrt.
Natürlich ist es unmöglich, diese Komponente im Geschäft zu verwenden, außerdem schadet sie dem Stromversorgungsnetz in vielerlei Hinsicht, weshalb sie normalerweise versuchen, dies zu kompensieren.
Dieser Wert wird mit dem lateinischen Buchstaben Q bezeichnet.
DENKEN SIE DARAN! Blindleistung wird nicht in konventionellen Watt gemessen (Di) und in reaktiven Voltampere (Var).
Berechnet nach der Formel:
Q = U⋅I⋅sinφ,
wobei U und I der Effektivwert der Spannung bzw. des Stroms der Schaltung sind, sinφ der Sinus des Phasenwinkels zwischen Spannung und Strom ist.
WICHTIG! Bei der Berechnung kann dieser Wert je nach Phasenbewegung sowohl positiv als auch negativ sein.
Kapazitive und induktive Lasten
Der Hauptunterschied zwischen reaktiv (kapazitiv und induktiv) Lasten - das Vorhandensein von Kapazität und Induktivität, die dazu neigen, Energie zu speichern und später an das Netzwerk abzugeben.
Eine induktive Last wandelt die Energie eines elektrischen Stroms zunächst in ein Magnetfeld um (während eines halben Halbzyklus) und wandelt dann die Energie des Magnetfelds in elektrischen Strom um und überträgt ihn an das Netzwerk. Beispiele sind Induktionsmotoren, Gleichrichter, Transformatoren, Elektromagnete.
WICHTIG! Beim Betrieb einer induktiven Last eilt der Stromverlauf dem Spannungsverlauf immer um eine halbe Halbwelle nach.
Eine kapazitive Last wandelt die Energie eines elektrischen Stroms in ein elektrisches Feld um und wandelt dann die Energie des resultierenden Felds wieder in einen elektrischen Strom um.Beide Prozesse laufen wiederum jeweils für einen halben Halbzyklus ab. Beispiele sind Kondensatoren, Batterien, Synchronmotoren.
WICHTIG! Während des Betriebs mit kapazitiver Last eilt die Stromkurve der Spannungskurve um eine halbe Halbperiode voraus.
Leistungsfaktor cosφ
Leistungsfaktor cosφ (Kosinus Phi lesen) ist eine skalare physikalische Größe, die die Effizienz des elektrischen Energieverbrauchs widerspiegelt. Einfach ausgedrückt zeigt der Koeffizient cosφ das Vorhandensein eines Blindanteils und den Wert des empfangenen Wirkanteils im Verhältnis zur Gesamtleistung.
Der Koeffizient cosφ ergibt sich aus dem Verhältnis von elektrischer Wirkleistung zu elektrischer Scheinleistung.
BEACHTEN SIE! Bei einer genaueren Berechnung sollten die nichtlinearen Verzerrungen der Sinuskurve berücksichtigt werden, bei herkömmlichen Berechnungen werden sie jedoch vernachlässigt.
Der Wert dieses Koeffizienten kann zwischen 0 und 1 variieren (wenn die Berechnung in Prozent erfolgt, dann von 0 % bis 100 %). Aus der Berechnungsformel ist nicht schwer zu verstehen, dass die aktive Komponente umso größer ist, je größer ihr Wert ist, was bedeutet, dass die Leistung des Geräts besser ist.
Das Konzept der totalen Macht. Machtdreieck
Die Scheinleistung ist ein geometrisch berechneter Wert, der der Wurzel aus der Summe der Quadrate von Wirk- und Blindleistung entspricht. Mit dem lateinischen Buchstaben S bezeichnet.
Sie können die Gesamtleistung auch berechnen, indem Sie die Spannung bzw. den Strom multiplizieren.
S = U⋅I
WICHTIG! Die Scheinleistung wird in Voltampere gemessen (VA).
Das Leistungsdreieck ist eine praktische Darstellung aller zuvor beschriebenen Berechnungen und Zusammenhänge zwischen Wirk-, Blind- und Scheinleistung.
Die Beine spiegeln die reaktiven und aktiven Komponenten wider, die Hypotenuse - die Gesamtleistung. Nach den Gesetzen der Geometrie ist der Kosinus des Winkels φ gleich dem Verhältnis der aktiven und der Gesamtkomponente, dh es ist der Leistungsfaktor.
So finden Sie Wirk-, Blind- und Scheinleistung. Rechenbeispiel
Alle Berechnungen basieren auf den zuvor genannten Formeln und dem Potenzdreieck. Betrachten wir das in der Praxis am häufigsten auftretende Problem.
Üblicherweise werden Elektrogeräte mit der Wirkleistung und dem Wert des cosφ-Koeffizienten gekennzeichnet. Mit diesen Daten ist es einfach, die reaktiven und gesamten Komponenten zu berechnen.
Dazu teilen wir die Wirkleistung durch den Koeffizienten cosφ und erhalten das Produkt aus Strom und Spannung. Das wird Vollgas geben.
Außerdem finden wir auf der Grundlage des Leistungsdreiecks die Blindleistung gleich dem Quadrat der Differenz zwischen den Quadraten der Schein- und Wirkleistung.
Wie cosφ in der Praxis gemessen wird
Der Wert des cosφ-Koeffizienten ist normalerweise auf den Etiketten von Elektrogeräten angegeben. Wenn es jedoch notwendig ist, ihn in der Praxis zu messen, verwenden sie ein spezielles Gerät - Phasenmesser. Auch ein digitales Wattmeter kann diese Aufgabe problemlos bewältigen.
Wenn der erhaltene Koeffizient cosφ niedrig genug ist, kann er praktisch kompensiert werden. Dies geschieht hauptsächlich durch die Einbeziehung zusätzlicher Geräte in die Schaltung.
- Wenn es notwendig ist, die reaktive Komponente zu korrigieren, sollte ein reaktives Element in die Schaltung aufgenommen werden, das dem bereits funktionierenden Gerät entgegengesetzt wirkt. Um den Betrieb eines Induktionsmotors beispielsweise einer induktiven Last zu kompensieren, wird ein Kondensator parallel geschaltet. Ein Elektromagnet ist angeschlossen, um den Synchronmotor zu kompensieren.
- Wenn es notwendig ist, Nichtlinearitätsprobleme zu korrigieren, wird ein passiver cosφ-Korrektor in die Schaltung eingefügt, beispielsweise kann es sich um eine hochinduktive Drossel handeln, die in Reihe mit der Last geschaltet ist.
Leistung ist einer der wichtigsten Indikatoren für Elektrogeräte, daher ist es nicht nur für Schüler und Technikfachleute nützlich, zu wissen, was es ist und wie es berechnet wird, sondern auch für jeden von uns.
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