Čo je to elektrická energia - Hobbytronics

V jednom z predchádzajúcich článkov som povedal, že elektrický generátor berie iba určitú formu energie (mechanickú, chemickú, tepelnú atď.) A premieňa ju na elektrinu. Zároveň som hovoril, že elektrický spotrebiteľ odoberá elektrinu a transformuje ju na iné formy energie (teplo, svetlo, mechanická práca atď.). Z nich môžeme vyvodiť záver, že v čase svojej činnosti absolútne všetky elektrické komponenty transformujú prijatú energiu na jednu alebo viac ďalších foriem energie. Aby sme boli schopní porozumieť týmto javom a čo najviac z nich profitovať, musíme vedieť, ako rýchlo sa energia premieňa z jedného stavu na druhý. V prípade elektriny sa rýchlosť, pri ktorej sa elektrina transformuje na inú formu energie alebo z inej formy energie, nazýva elektrická energia. Preto si dnes povieme:

Čo je to elektrická energia ?
Činný elektrický výkon
Jalový elektrický výkon
Zdanlivá elektrická energia
Účinník

Čo je to elektrická energia ?

Ako som povedal v úvode, sila je veličina, ktorá ukazuje, ako rýchlo energia „prúdi“ z jedného miesta na druhé alebo ako rýchlo sa transformuje na inú formu energie. V prípade elektriny je rýchlosť, ktorou „prúdi“, úmerná napätiu aj intenzite elektrického prúdu, ktorý ju prenáša. Matematický vzťah elektrickej energie je preto:

P - elektrická energia. Vyjadruje sa vo W (vy);
U - elektrické napätie. Vyjadruje sa vo V (voltoch);
I - intenzita elektrického prúdu. Vyjadrené v A (ampéroch).

Neviem ako vy, ale ja som si už zvykol, že všetky jednoduché vzorce sa dajú v praxi použiť iba v pomerne malom počte prípadov. To isté platí pre vzorec elektrickej energie: vyššie uvedený vzťah je platný iba v prípade obvodov tvorených čisto odporovými obvodmi (tj. Tvorených iba elektrickými odpormi). Prečo? Inými slovami, elektrické rezistory prenášajú energiu jedným smerom (z elektriny na teplo), zatiaľ čo cievky a kondenzátory sa správajú ako zásobníky elektrickej energie: môžu prijímať, ale aj prenášať elektrinu. Chceme len poznať energiu spotrebovanú obvodom, ale vyššie uvedený vzťah dáva do toho istého hrnca ako energiu spotrebovanú, tak aj energiu danú obvodom, a tak nám môže dať úplne nesprávne výsledky.

Ak vezmeme do úvahy aj skutočnosť, že ktorákoľvek elektronická súčiastka bude mať vždy kapacitnú aj parazitnú indukčnosť, bude to mať za následok, že vyššie uvedený vzorec je 100% správny iba v prípade elektrických obvodov napájaných konštantným jednosmerným napätím (tj. Keď účinky kapacitných a indukčných schopností). nemôže nastať). Posledné tvrdenie by vás však nemalo vydesiť - pokiaľ ide o malé elektronické súčiastky používané v nízkofrekvenčných elektrických obvodoch (povedzme pod desaťtisíce hertzov), účinok parazitných kapacít a indukčností je často úplne zanedbateľné.

Činný elektrický výkon

Je to skutočná energia spotrebovaná obvodom. V obvode, kde máme rezistory, cievky a kondenzátory, je aktívna elektrická energia spotrebovaná iba elektrickými rezistormi, pretože nemôžu akumulovať elektrickú energiu (všetka elektrina, ktorú dostanú, musí byť nejako spotrebovaná, tj. Aby sa mohla transformovať na inú forma energie - v tomto prípade v teple).

Vzorec na výpočet činného výkonu je uvedený vyššie. Prepísal som to spolu s ostatnými dokonale ekvivalentnými variantmi:

P - aktívna elektrická energia. Vyjadruje sa vo W (vy);
U - elektrické napätie. Vyjadruje sa vo V (voltoch);
I - intenzita elektrického prúdu. Vyjadruje sa v A (ampéroch);
R je elektrický odpor obvodu. Vyjadrené v Ω (ohm).

Jalový elektrický výkon

Stručne povedané, je to elektrická energia prenášaná tam a späť cievkami a kondenzátormi v obvode. Všeobecnejšie sa na cievky a kondenzátory môžeme pozerať ako na zrkadlá: dostávajú elektrinu, ale skôr alebo neskôr ju odrážajú späť do okruhu. Z tohto dôvodu sa kondenzátory a cievky nazývajú aj reaktívne komponenty - pretože na prechod elektriny reagujú pomocou predtým nahromadenej elektriny.

V obvode, v ktorom máme rezistory, cievky a kondenzátory, sa jalový elektrický výkon objavuje iba vďaka prítomnosti cievok a kondenzátorov v obvode, pretože to sú jediné komponenty, ktoré uchovávajú prijatú elektrickú energiu a sú schopné ju následne do obvodu opäť zaviesť. Aby som bol konkrétnejší, deje sa to takto:

elektrina prijatá cievkou sa prevedie na magnetickú energiu. Keď má napätie na svorkách cievky tendenciu stať sa konštantnými alebo dokonca klesať, magnetická energia uložená v cievke sa prevedie späť na elektrickú energiu, ktorá vytvára elektrický prúd v opačnom smere ako ten, ktorý pôvodne existuje cez cievku;
elektrická energia prijímaná kondenzátorom sa používa na presun elektrických nábojov z jednej svorky kondenzátora do druhej. Keď má napätie na svorkách kondenzátora tendenciu klesať, energia (nazývaná elektrostatická) v kondenzátore sa prevedie späť na elektrinu vo forme prúdu, ktorý má rovnaký smer ako pôvodný. Inými slovami, keď napätie na svorke poklesne, kondenzátor sa vybije a vráti späť do obvodu elektrinu, ktorú prijal skôr.

Vzorec na výpočet jalového elektrického výkonu je:

Q - jalový elektrický výkon. Vyjadruje sa vo VAR (reaktívne voltampéry);
I - intenzita elektrického prúdu. Vyjadruje sa v A (ampéroch);
U - elektrické napätie. Vyjadruje sa vo V (voltoch);
X - elektrická reaktancia. Vyjadrené v Ω (ohm).

Už som s vami hovoril o elektrickom predradníku, ale namiesto toho, aby som vás poslal tam, kde som o ňom hovoril prvýkrát, je to efektívnejšie.

Reaktancia je pre kondenzátor alebo cievku, aký je elektrický odpor pre a, hmm, elektrický odpor: D. Inými slovami, reaktancia ukazuje, ako veľmi sa kondenzátor alebo cievka stavia proti prechodu elektrického prúdu. Reaktancia môže byť indukčná (z cievok) alebo kapacitná (z kondenzátorov) a meria sa rovnakým spôsobom ako elektrický odpor, v ohmoch [Ω]. Reaktancia je jav, ktorý sa vyskytuje iba vtedy, keď je elektrické napätie v obvode premenlivé (napríklad pri striedavom prúde).

Rovnica na výpočet indukčnej reaktance je:

Rovnica na výpočet kapacitnej reaktancie je:

XL - indukčná reaktancia. Vyjadruje sa v Ω (ohmoch);
XC - kapacitná reaktancia. Vyjadruje sa v Ω (ohmoch);
f - frekvencia striedavého prúdu pretekajúceho príslušnou zložkou. Vyjadrené v Hz (hertz);
L - indukčnosť cievky alebo ekvivalentná indukčnosť (ak obvod obsahuje niekoľko cievok). Vyjadrené v H (henry);
C - kapacita kondenzátora alebo ekvivalentná kapacita (ak obvod obsahuje niekoľko cievok). Vyjadrené vo F (farazi).

Ako už bolo povedané, X z rovnice jalového výkonu:

nahradí sa XL, ak máme v obvode iba cievky;
nahradzuje sa XC, ak máme v obvode iba kondenzátory.

Poznanie a pochopenie jalového výkonu je dôležité, pretože jeho prítomnosť v obvode navyše vyžaduje generátor aj silové káble obvodu. Prítomnosť reaktívnej zložky v elektrickom obvode je zdrojom šokov: namiesto toho, aby elektrina prúdila hladko obvodom, je buď hltavo prehltnutá, alebo naštvaná na reaktívne zložky. Preto musia byť prvky obvodu postavené pevnejšie, čo znamená vyššie náklady na komponenty obvodu.

Zdanlivá elektrická energia

Je to výkon, ktorý zahŕňa aktívny aj jalový elektrický výkon. Vzťah výpočtu je nasledovný:

S - zdanlivá elektrická energia. Vyjadruje sa vo VA (voltampéroch);
U - elektrické napätie. Vyjadruje sa vo V (voltoch);
I - intenzita elektrického prúdu. Vyjadruje sa v A (ampéroch);
Z - elektrická impedancia obvodu. Stručne povedané, elektrická impedancia je súčtom ekvivalentného elektrického odporu obvodu, kapacitnej reaktancie a indukčnej reaktancie. Rovnako ako jeho súčasti je elektrická impedancia vyjadrená v Ω (ohm).

Prečo sa to nazýva „zdanlivá sila“? Ak si pamätáte, na začiatku článku som povedal, že elektrická energia sa počíta vynásobením napätia na svorkách obvodu intenzitou prúdu, ktorý ním preteká. Ak urobíme tento výpočet pre obvod striedavého prúdu, ktorý obsahuje reaktívne zložky (cievky a kondenzátory), získame iba zdanlivý výkon, pretože jeho hodnota môže byť veľmi vzdialená od hodnoty aktívneho (skutočného) výkonu spotrebovaného týmto obvodom.

Účinník

Matematicky vzaté, účinník je pomer medzi činným a zdanlivým elektrickým výkonom. Ak je to pomer medzi dvoma veličinami rovnakej povahy, vedie to k tomu, že účinník je bezrozmerná veličina. Môže nadobúdať hodnoty od 0 do 1:

hodnota 0 znamená, že v obvode máme iba reaktívne komponenty, ktoré nespotrebúvajú energiu, ale iba prechádzkou odtiaľ odtiaľ po tej, ktorá existuje v obvode, ako sme si vysvetlili vyššie;
hodnota 1 znamená, že v obvode prúdi iba aktívny výkon.

Na čo slúži výkonový faktor? ?

Už viete, že keď máme obvody s cievkami a kondenzátormi, môžu existovať fázové rozdiely medzi napätím a intenzitou elektrického prúdu. Tiež viete, že cievky indukujú opačný fázový posun ako fázový posun zavedený kondenzátormi, čo znamená, že ak sú reaktancie produkované týmito dvoma typmi komponentov rovnaké, navzájom sa zrušia (to je prípad, keď máme faktor kvality rovný 1). V praxi je zrejmé, že táto rovnosť sa vyskytuje veľmi zriedka, a preto, ak nebudeme nijako zasahovať, v príslušnom obvode bude intenzita prúdu viac-menej mimo fázy s napätím, čo spôsobí nerovnováhu v obvode. (prúdy oveľa vyšších intenzít, ako je potrebné, zníženie dostupného aktívneho výkonu atď.).

Na záver možno povedať, že účinník menší ako 1 vedie k stratám. Ako ste už mohli predpokladať z vyššie uvedeného, účinník je možné korigovať tak, aby sa jeho hodnota priblížila veľmi k hodnote 1. O tom si však povieme v ďalších článkoch.