Kuasa arus elektrik ialah kelajuan kerja yang dilakukan oleh litar. Definisi yang mudah, kerumitan dengan pemahaman. Kuasa dibahagikan kepada aktif dan reaktif. Dan ia bermula...

Kerja arus elektrik, kuasa

Apabila cas bergerak di sepanjang konduktor, medan berfungsi padanya. Kuantiti dicirikan oleh ketegangan, berbanding dengan ketegangan di ruang bebas. Caj bergerak ke arah penurunan potensi; untuk mengekalkan proses, sumber tenaga diperlukan. Voltan secara berangka sama dengan kerja medan apabila menggerakkan cas unit (1 C) di kawasan itu. Semasa interaksi, tenaga elektrik ditukar kepada bentuk lain. Oleh itu, adalah perlu untuk memperkenalkan unit sejagat, mata wang fizikal yang boleh ditukar secara bebas. Dalam badan, ukurannya adalah ATP, elektrik adalah kerja lapangan.

Arka elektrik

Dalam rajah, momen penukaran tenaga dipaparkan dalam bentuk sumber emf. Jika penjana diarahkan ke satu arah, pengguna mesti diarahkan ke arah yang lain. Fakta yang jelas menggambarkan proses penggunaan kuasa dan pengekstrakan daripada sumber tenaga. EMF mempunyai tanda yang bertentangan, sering dipanggil back-EMF. Elakkan mengelirukan konsep dengan fenomena yang berlaku dalam induktor apabila kuasa dimatikan. Back-EMF bermaksud peralihan tenaga elektrik kepada tenaga kimia, mekanikal dan cahaya.

Pengguna ingin menyelesaikan kerja dalam unit masa tertentu. Jelas sekali, mesin pemotong rumput tidak berniat untuk menunggu musim sejuk, dia berharap untuk menyelesaikannya pada waktu makan tengah hari. Kuasa sumber mesti memberikan kelajuan pelaksanaan yang ditentukan. Kerja-kerja dijalankan oleh arus elektrik, oleh itu konsep itu juga terpakai. Kuasa boleh aktif, reaktif, berguna dan kuasa kehilangan. Kawasan yang ditetapkan oleh rajah fizikal sebagai rintangan adalah berbahaya dalam amalan dan merupakan kos. Haba dijana pada perintang konduktor, kesan Joule-Lenz membawa kepada penggunaan kuasa yang tidak perlu. Pengecualian ialah peranti pemanasan, di mana fenomena itu wajar.

Kerja berguna pada litar fizikal ditunjukkan oleh back-EMF (sumber konvensional dengan arah yang bertentangan dengan penjana). Terdapat beberapa ungkapan analitikal untuk kuasa. Kadang-kadang mudah untuk menggunakan satu, dalam kes lain - yang lain (lihat rajah):

Ekspresi kuasa semasa

1. Kuasa ialah kelajuan di mana kerja dilakukan.
2. Kuasa adalah sama dengan voltan kali arus.
3. Kuasa yang dibelanjakan untuk tindakan terma adalah sama dengan hasil kali rintangan dengan kuasa dua arus.
4. Kuasa yang dibelanjakan untuk tindakan terma adalah sama dengan nisbah kuasa dua voltan kepada rintangan.

Bagi mereka yang mempunyai stok pengapit semasa, lebih mudah untuk menggunakan formula kedua. Terlepas dari sifat beban, kami akan mengira kuasa. Hanya aktif. Kuasa ditentukan oleh banyak faktor, termasuk suhu. Dengan nilai nominal untuk peranti yang kami maksudkan adalah nilai yang dibangunkan dalam keadaan mantap. Untuk pemanas, formula ketiga dan keempat harus digunakan. Kuasa bergantung sepenuhnya pada parameter rangkaian bekalan. Direka untuk beroperasi pada 110 volt AC dalam keadaan Eropah akan terbakar dengan cepat.

Litar tiga fasa

Bagi pemula, litar tiga fasa kelihatan rumit, tetapi sebenarnya ini adalah penyelesaian teknikal yang lebih elegan. Malah rumah itu dibekalkan dengan elektrik melalui tiga talian. Di dalam pintu masuk mereka dibahagikan kepada pangsapuri. Apa yang lebih mengelirukan ialah sesetengah peranti tiga fasa tidak mempunyai wayar pembumian atau neutral. Litar dengan neutral terpencil. Wayar neutral tidak diperlukan; arus dikembalikan ke sumber melalui garisan fasa. Sudah tentu, beban di sini pada setiap teras meningkat. Keperluan PUE secara berasingan menetapkan jenis rangkaian. Untuk litar tiga fasa, konsep berikut diperkenalkan yang perlu anda fahami untuk mengira kuasa dengan betul:

Litar tiga fasa dengan neutral terpencil

• Voltan dan arus fasa masing-masing dipanggil beza keupayaan dan kelajuan pergerakan cas antara fasa dan neutral. Adalah jelas bahawa dalam kes yang disebutkan di atas dengan pengasingan lengkap, formula akan menjadi tidak sah. Kerana tidak ada neutral.
• Voltan dan arus linear dipanggil, masing-masing, beza keupayaan atau kelajuan pergerakan cas antara mana-mana dua fasa. Nombornya jelas dari konteks. Apabila mereka bercakap tentang rangkaian 400 volt, mereka bermaksud tiga wayar, beza potensi dengan neutral ialah 230 volt. Voltan talian lebih tinggi daripada voltan fasa.

Terdapat peralihan fasa antara voltan dan arus. Fizik sekolah apa yang diam. Fasa adalah sama jika beban adalah 100% aktif (perintang mudah). Jika tidak, peralihan akan muncul. Dalam kearuhan, arus ketinggalan di belakang voltan sebanyak 90 darjah, dalam kapasitansi ia membawa. Kebenaran mudah mudah diingati seperti berikut (kami menghampiri kuasa reaktif dengan lancar). Bahagian khayalan rintangan induktansi ialah jωL, di mana ω ialah frekuensi bulat yang sama dengan yang biasa (dalam Hz) didarab dengan 2 Pi; j ialah operator yang menunjukkan arah vektor. Sekarang kita tulis hukum Ohm: U = I R = I jωL.

Dari kesamaan adalah jelas: voltan mesti diplot ke atas sebanyak 90 darjah apabila membina rajah, arus akan kekal pada paksi absis (paksi X mendatar). Mengikut peraturan kejuruteraan radio, putaran berlaku mengikut lawan jam. Kini faktanya jelas: arus ketinggalan sebanyak 90 darjah. Secara analogi, mari kita buat perbandingan untuk kapasitor. Rintangan kepada arus ulang alik dalam bentuk khayalan kelihatan seperti ini: -j/ωL, tanda menunjukkan: voltan perlu diturunkan, berserenjang dengan paksi absis. Oleh itu, arus adalah 90 darjah di hadapan dalam fasa.

Pada hakikatnya, selari dengan bahagian khayalan, terdapat bahagian nyata - dipanggil rintangan aktif. Kawat gegelung diwakili oleh perintang, dan apabila dipintal, ia memperoleh sifat induktif. Oleh itu, sudut fasa sebenar tidak akan menjadi 90 darjah, tetapi kurang sedikit.

Dan sekarang kita boleh beralih kepada formula untuk kuasa semasa litar tiga fasa. Di sini garisan membentuk anjakan fasa. Antara voltan dan arus, dan relatif kepada talian lain. Setuju, tanpa pengetahuan yang disampaikan dengan teliti oleh penulis, hakikat itu tidak dapat direalisasikan. Di antara garisan rangkaian tiga fasa perindustrian peralihan adalah 120 darjah (putaran penuh - 360 darjah). Ia akan memastikan putaran seragam medan dalam enjin; ia tidak penting kepada pengguna biasa. Ini lebih mudah untuk penjana stesen janakuasa hidroelektrik - bebannya seimbang. Peralihan berlaku antara talian, dalam setiap arus membawa voltan atau ketinggalan:

1. Jika garisan simetri, peralihan arus antara mana-mana fasa ialah 120 darjah, formulanya amat mudah. Tetapi! Jika beban adalah simetri. Mari lihat imej: fasa f bukan 120 darjah, mencirikan peralihan antara voltan dan arus setiap talian. Diandaikan bahawa motor dengan tiga belitan yang sama dihidupkan, keputusan berikut diperolehi. Jika beban tidak seimbang, ambil masalah untuk melakukan pengiraan bagi setiap baris secara berasingan, kemudian tambahkan hasilnya bersama-sama untuk mendapatkan jumlah amperage.
2. Kumpulan formula kedua diberikan untuk litar tiga fasa dengan neutral terpencil. Diandaikan bahawa arus dari satu baris mengalir melalui yang lain. Yang neutral hilang sebagai tidak perlu. Oleh itu, voltan diambil bukan sebagai voltan fasa (tiada apa-apa untuk dikira), seperti dalam formula sebelumnya, tetapi linear. Sehubungan itu, nombor menunjukkan parameter yang perlu diambil. Berhenti takut dengan huruf Yunani - fasa antara dua parameter berganda. Nombor ditukar (1.2 atau 2.1) untuk mengambil kira tanda dengan betul.
3. Dalam litar asimetri, voltan fasa dan arus muncul semula. Di sini pengiraan dijalankan secara berasingan untuk setiap baris. Tiada pilihan.

Dalam amalan, ukur kuasa semasa

Mereka membayangkan bahawa anda boleh menggunakan pengapit semasa. Peranti akan membolehkan anda menentukan parameter pelayaran gerudi. Pecutan hanya boleh dikesan dengan percubaan berulang; prosesnya sangat pantas, kekerapan perubahan paparan tidak lebih tinggi daripada 3 kali sesaat. Pengapit semasa menunjukkan ralat. Amalan menunjukkan bahawa sukar untuk mencapai ralat yang dinyatakan dalam pasport.

Lebih kerap, meter (untuk pembayaran kepada syarikat pembekal) dan meter watt (untuk tujuan peribadi dan kerja) digunakan untuk menganggarkan kuasa. Peranti penunjuk mengandungi sepasang gegelung tetap yang melaluinya arus litar mengalir, bingkai boleh alih untuk mewujudkan voltan dengan menyambungkan beban secara selari. Reka bentuk direka untuk segera melaksanakan formula kuasa penuh (lihat rajah). Arus didarab dengan voltan dan pekali tertentu yang mengambil kira pengijazahan skala, juga dengan kosinus peralihan fasa antara parameter. Seperti yang dinyatakan di atas, anjakan sesuai dalam 90 - tolak 90 darjah, oleh itu, kosinus adalah positif, tork anak panah diarahkan ke satu arah.

Tidak ada cara untuk mengetahui sama ada beban adalah induktif atau kapasitif. Tetapi jika ia tidak disambungkan dengan betul ke litar, bacaan akan menjadi negatif (berpusing ke satu sisi). Peristiwa serupa akan berlaku jika pengguna tiba-tiba mula memindahkan kuasa kembali ke beban (ini berlaku). Dalam peranti moden, sesuatu yang serupa berlaku; pengiraan dilakukan oleh modul elektronik yang menyepadukan penggunaan tenaga atau membaca bacaan kuasa. Daripada jarum, terdapat penunjuk elektronik dan banyak pilihan lain yang berguna.

Masalah tertentu timbul daripada pengukuran dalam litar tidak simetri dengan neutral terpencil, di mana kuasa setiap talian tidak boleh ditambah secara langsung. Wattmeter dibahagikan kepada prinsip operasi:

1. Elektrodinamik. Diterangkan dalam bahagian. Ia terdiri daripada satu gegelung boleh alih dan dua gegelung tetap.
2. Ferodinamik. Mengingatkan saya pada motor tiang berlorek.
3. Dengan kuadrator. Tindak balas frekuensi amplitud bagi unsur tak linear (contohnya, diod), menyerupai parabola, digunakan untuk kuasa dua kuantiti elektrik (digunakan dalam pengiraan).
4. Dengan sensor Hall. Jika aruhan dibuat menggunakan gegelung yang berkadar dengan voltan medan magnet dalam sensor, arus dikenakan, EMF akan menjadi hasil pendaraban dua kuantiti. Kuantiti yang diperlukan.
5. Pembanding. Meningkatkan isyarat rujukan secara beransur-ansur sehingga kesamarataan dicapai. Instrumen digital mencapai ketepatan yang tinggi.

Dalam litar dengan anjakan fasa yang kuat, wattmeter sinus digunakan untuk menganggar kerugian. Reka bentuk adalah serupa dengan yang dipertimbangkan, kedudukan spatial adalah sedemikian rupa sehingga kuasa reaktif dikira (lihat rajah). Dalam kes ini, darabkan hasil darab arus dan voltan dengan sinus sudut fasa. Kami mengukur kuasa reaktif dengan wattmeter konvensional (aktif). Terdapat beberapa kaedah. Sebagai contoh, dalam litar simetri tiga fasa, anda perlu menyambungkan belitan siri ke satu baris, dan belitan selari dengan dua yang lain. Kemudian pengiraan dibuat: bacaan instrumen didarab dengan punca tiga (dengan mengambil kira bahawa penunjuk menunjukkan hasil arus, voltan dan sinus sudut di antara mereka).

Untuk litar tiga fasa dengan asimetri mudah, tugas menjadi lebih rumit. Rajah menunjukkan teknik dua wattmeter (ferrodinamik atau elektrodinamik). Permulaan belitan ditunjukkan oleh asterisk. Arus melalui siri, voltan dari dua fasa dibekalkan kepada selari (satu melalui perintang). Jumlah algebra bacaan kedua-dua wattmeter ditambah dan didarab dengan punca tiga untuk mendapatkan nilai kuasa reaktif.

Dengan bantuan pelajaran video ini, anda boleh belajar secara bebas topik "Kuasa arus elektrik". Menggunakan bahan video ini, anda boleh mendapatkan idea tentang konsep baharu - kuasa elektrik. Guru akan bercakap tentang apa itu kuasa - kerja seunit masa - dan cara menggunakan dan mengira nilai ini dengan betul.

Definisi

Kuasa ialah kerja yang dilakukan setiap unit masa.

Dokumen untuk setiap peranti elektrik menunjukkan, sebagai peraturan, dua nilai: voltan (biasanya 220 V) dan kuasa peranti ini.

Untuk menentukan kuasa elektrik, anda perlu membahagikan kerja yang dilakukan oleh arus elektrik dengan masa arus mengalir melalui litar elektrik.

P - kuasa elektrik (dalam mekanik N - kuasa mekanikal)

Bagaimana dengan kerja

Kerja diukur dalam Joule (J);

Masa - dalam saat (s);

Kuasa (elektrik dan mekanikal) diukur dalam Watt (W).

Peranti untuk mengukur kuasa ialah wattmeter (Rajah 1).

nasi. 1. Wattmeter

Kerja ditakrifkan sebagai hasil arus, voltan dan masa arus mengalir melalui litar elektrik.

Dalam formula untuk mengira kerja, kami menggantikannya ke dalam formula untuk mengira kuasa, masa t akan dikurangkan. Ini bermakna kuasa tidak bergantung pada masa pengaliran arus elektrik dalam litar, tetapi ditakrifkan sebagai produk voltan dan arus.

Daripada hukum Ohm untuk bahagian litar

Kuasa arus elektrik ialah kuantiti yang mencirikan prestasi peranti tertentu. Dalam kehidupan seharian, semua peranti direka untuk voltan yang sama - 220 V. Dari persamaan pertama ia mengikuti bahawa jika kuasa meningkat, voltan adalah malar, maka arus juga akan meningkat.

Sebagai contoh, apabila memanaskan air dalam cerek elektrik, wayar yang menyambungkan cerek ke litar elektrik menjadi panas. Ini bermakna kuasa cerek agak tinggi, voltannya ialah 220 V, dan arus yang mengalir dalam litar cerek elektrik yang dihidupkan juga agak besar.

Dengan membayar tenaga elektrik, kami membayar kerja arus elektrik. Bayaran ini dibuat mengikut kilowatt-hour.

1 kW=1000 W;

1 jam = 3600 s;

(kerja ditakrifkan sebagai kuasa didarab dengan masa);

1 kW∙j =3,600,000 J.

Kami menerima satu unit untuk mengira kerja arus elektrik - 1 kW∙j = 3,600,000 J.

Berdasarkan perkara di atas, kita boleh membuat kesimpulan bahawa adalah mustahil untuk memasangkan beberapa peranti ke saluran keluar yang sama sekaligus. Voltan adalah malar (220 V), tetapi arus dalam litar berbeza-beza. Lebih banyak peranti dihidupkan, lebih besar arus elektrik dalam litar.

Bibliografi

1. Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. Fizik 8. - M.: Mnemosyne.
2. Peryshkin A.V. Fizik 8. - M.: Bustard, 2010.
3. Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fizik 8. - M.: Makrifat.

1. Electrono.ru ().
2. Electricalschool.info().
3. Stoom.ru ().

Kerja rumah

1. P. 51, 52, soalan 1-6, ms 121, 1-3, ms 122, tugasan 25 (2). Peryshkin A.V. Fizik 8. - M.: Bustard, 2010.
2. Cari kuasa arus dalam lampu elektrik jika arus di dalamnya ialah 0.4 A dan voltan dalam litar ialah 220 V.
3. Apakah instrumen yang boleh digunakan untuk mengukur kuasa medan elektrik?

Manusia moden sentiasa menghadapi elektrik dalam kehidupan seharian dan di tempat kerja, menggunakan peranti yang menggunakan arus elektrik dan peranti yang menghasilkannya. Apabila bekerja dengan mereka, anda harus sentiasa mengambil kira keupayaan mereka, seperti yang terkandung dalam ciri teknikal.

Salah satu petunjuk utama mana-mana perkakas elektrik ialah kuantiti fizikal seperti kuasa elektrik. Ia biasanya dipanggil keamatan atau kelajuan penjanaan, penghantaran atau penukaran elektrik kepada jenis tenaga lain, contohnya, haba, cahaya, mekanikal.

Pengangkutan atau penghantaran kuasa elektrik yang besar untuk tujuan perindustrian dijalankan oleh.

Transformasi dijalankan di pencawang pengubah.

Penggunaan elektrik berlaku dalam peralatan rumah tangga dan industri untuk pelbagai tujuan. Salah satu jenis biasa mereka ialah.

Kuasa elektrik penjana, talian kuasa dan pengguna dalam litar DC dan AC mempunyai makna fizikal yang sama, yang pada masa yang sama dinyatakan dengan nisbah yang berbeza bergantung pada bentuk isyarat komposit. Untuk menentukan corak umum, kami memperkenalkan konsep nilai serta-merta. Mereka sekali lagi menekankan pergantungan kelajuan transformasi elektrik pada masa.

Penentuan kuasa elektrik serta-merta

Dalam kejuruteraan elektrik teori, untuk mendapatkan hubungan asas antara arus, voltan dan kuasa, perwakilan mereka digunakan dalam bentuk kuantiti serta-merta, yang direkodkan pada satu masa tertentu.

Jika dalam tempoh masa yang sangat singkat ∆t satu unit cas asas q bergerak dari titik "1" ke titik "2" di bawah pengaruh voltan U, maka ia berfungsi sama dengan beza potensi antara titik-titik ini. Membahagikannya dengan selang masa ∆t, kita memperoleh ungkapan untuk kuasa serta-merta untuk cas unit Pe(1-2).

Oleh kerana di bawah pengaruh voltan yang dikenakan bukan sahaja satu cas bergerak, tetapi semua yang bersebelahan yang berada di bawah pengaruh daya ini, bilangan yang mudah diwakili oleh nombor Q, maka bagi mereka kita boleh menulis nilai kuasa serta-merta PQ(1-2).

Setelah melakukan penjelmaan mudah, kami memperoleh ungkapan kuasa P dan pergantungan nilai serta-merta p(t) pada komponen hasil darab arus segera i(t) dan voltan u(t).

Penentuan kuasa elektrik DC

Magnitud penurunan voltan merentasi bahagian litar dan arus yang mengalir melaluinya tidak berubah dan kekal stabil, sama dengan nilai serta-merta. Oleh itu, kuasa dalam litar ini boleh ditentukan dengan mendarabkan kuantiti ini atau membahagikan kerja siap A dengan tempoh masa untuk pelaksanaannya, seperti yang ditunjukkan dalam gambar penjelasan.

Penentuan kuasa elektrik AC

Undang-undang perubahan sinusoidal dalam arus dan voltan yang dihantar melalui rangkaian elektrik mengenakan pengaruhnya ke atas ekspresi kuasa dalam litar tersebut. Di sini jumlah kuasa beroperasi, yang digambarkan oleh segi tiga kuasa dan terdiri daripada komponen aktif dan reaktif.

Arus elektrik berbentuk sinusoidal apabila melalui talian kuasa dengan jenis beban bercampur dalam semua bahagian tidak mengubah bentuk harmoniknya. Dan penurunan voltan merentasi beban reaktif beralih dalam fasa ke arah tertentu. Ungkapan kuantiti serta-merta membantu memahami pengaruh beban yang dikenakan ke atas perubahan kuasa dalam litar dan arahnya.

Pada masa yang sama, segera beri perhatian kepada hakikat bahawa arah aliran arus dari penjana kepada pengguna dan kuasa yang dihantar melalui litar yang dicipta adalah perkara yang sama sekali berbeza, yang dalam beberapa kes mungkin bukan sahaja tidak bertepatan, tetapi juga diarahkan dalam arah yang bertentangan.

Mari kita pertimbangkan perhubungan ini dalam manifestasi ideal dan tulen mereka untuk pelbagai jenis beban:

aktif;

kapasitif;

induktif.

Pengagihan kuasa kepada beban aktif

Kami akan menganggap bahawa penjana menghasilkan sinusoid ideal voltan u, yang digunakan pada rintangan aktif semata-mata litar. Ammeter A dan voltmeter V mengukur arus I dan voltan U pada setiap masa t.

Graf menunjukkan bahawa sinusoid bagi arus dan voltan jatuh merentasi rintangan aktif bertepatan dalam frekuensi dan fasa, membuat ayunan yang sama. Kuasa, yang dinyatakan oleh produk mereka, berayun pada dua kali kekerapan dan sentiasa kekal positif.

p=u∙i=Um∙sinωt∙Um/R∙sinωt=Um 2 /R∙sin 2 ωt=Um 2 /2R∙(1-cos2ωt).

Jika kita pergi ke ungkapan, kita dapat: p=P∙(1-cos2ωt).

Seterusnya, kami menyepadukan kuasa sepanjang tempoh satu ayunan T dan kami dapat melihat bahawa kenaikan tenaga ∆W meningkat sepanjang tempoh ini. Dengan peredaran masa yang lebih lanjut, rintangan aktif terus menggunakan bahagian baharu elektrik, seperti yang ditunjukkan dalam graf.

Pada beban reaktif, ciri penggunaan kuasa adalah berbeza dan mempunyai rupa yang berbeza.

Penghantaran Kuasa kepada Beban Kapasitif

Dalam litar kuasa penjana, kami menggantikan elemen rintangan dengan kapasitor dengan kapasitans C.

Hubungan antara arus dan penurunan voltan merentasi kapasitansi dinyatakan dengan hubungan: I=C∙dU/dt=ω∙C ∙Um∙cosωt.

Marilah kita mendarabkan nilai ungkapan serta-merta arus dengan voltan dan dapatkan nilai kuasa yang digunakan oleh beban kapasitif.

p=u∙i=Um∙sinωt∙ωC ∙Um∙cosωt=ω∙C ∙Um 2 ∙sinωt∙cosωt=Um 2 /(2X c)∙sin2ωt=U 2 /(2X2ωt.

Di sini anda boleh melihat bahawa kuasa berayun sekitar sifar pada dua kali kekerapan voltan yang digunakan. Jumlah nilainya sepanjang tempoh harmonik, serta kenaikan tenaga, adalah sifar.

Ini bermakna tenaga bergerak sepanjang litar tertutup di kedua-dua arah, tetapi tidak melakukan apa-apa kerja. Fakta ini dijelaskan oleh fakta bahawa apabila voltan sumber meningkat dalam nilai mutlak, kuasa adalah positif, dan aliran tenaga melalui litar diarahkan ke dalam bekas, di mana tenaga terkumpul.

Selepas voltan melepasi bahagian harmonik yang jatuh, tenaga kembali dari kapasitansi ke litar ke punca. Dalam kedua-dua proses ini tiada kerja berguna dilakukan.

Penghantaran Kuasa kepada Beban Induktif

Sekarang dalam litar kuasa kita menggantikan kapasitor dengan kearuhan L.

Di sini arus melalui induktansi dinyatakan oleh hubungan:

I=1/L∫udt=-Um/ωL∙cos ωt.

Kemudian kita dapat

p=u∙i=Um∙sinωt∙ωC ∙(-Um/ωL∙cosωt)=-Um 2 /ωL∙sinωt∙cosωt=-Um 2 /(2X L)∙sin2ωt=-U 2 /(2X L) ∙sin2ωt.

Ungkapan yang terhasil membolehkan kita melihat sifat perubahan arah kuasa dan pertambahan tenaga pada induktansi, yang melakukan ayunan yang sama yang tidak berguna untuk melakukan kerja seperti pada kapasitansi.

Kuasa yang dikeluarkan oleh beban reaktif dipanggil komponen reaktif. Dalam keadaan yang ideal, apabila wayar penyambung tidak mempunyai rintangan aktif, ia kelihatan tidak berbahaya dan tidak menimbulkan sebarang bahaya. Tetapi dalam keadaan bekalan kuasa sebenar, laluan berkala dan turun naik kuasa reaktif menyebabkan pemanasan semua elemen aktif, termasuk wayar penyambung, yang menggunakan sejumlah tenaga dan mengurangkan kuasa penuh yang digunakan sumber.

Perbezaan utama antara komponen kuasa reaktif ialah ia tidak melakukan apa-apa kerja yang berguna sama sekali, tetapi membawa kepada kehilangan tenaga elektrik dan beban peralatan yang berlebihan, yang amat berbahaya dalam situasi kritikal.

Atas sebab ini, yang khas digunakan untuk menghapuskan pengaruh kuasa reaktif.

Penghantaran Kuasa Beban Bercampur

Sebagai contoh, kami menggunakan beban pada penjana dengan ciri kapasitif aktif.

Untuk memudahkan gambar, graf di atas tidak menunjukkan sinusoid arus dan voltan, tetapi harus diambil kira bahawa dengan sifat kapasitif aktif beban, vektor semasa mendahului voltan.

p=u∙i=Um∙sinωt∙ωC ∙Im∙sin(ωt+φ).

Selepas penjelmaan kita dapat: p=P∙(1- cos 2ωt)+Q ∙sin2ωt.

Kedua-dua istilah ini dalam ungkapan terakhir ialah komponen aktif dan reaktif bagi jumlah kuasa serta-merta. Hanya yang pertama melakukan kerja yang berguna.

Alat pengukur kuasa

Untuk menganalisis penggunaan elektrik dan membayarnya, peranti pemeteran digunakan, yang telah lama dipanggil. Kerja mereka adalah berdasarkan mengukur nilai berkesan arus dan voltan dan secara automatik mendarabkannya dengan output maklumat.

Meter memaparkan penggunaan kuasa dengan mengambil kira masa operasi peralatan elektrik pada asas yang semakin meningkat dari saat meter elektrik dihidupkan di bawah beban.

Untuk mengukur komponen aktif kuasa dalam litar arus ulang-alik, dan komponen reaktif, varmeter digunakan. Mereka mempunyai unit ukuran yang berbeza:

watt (W, W);

var (Var, var, var).

Untuk menentukan jumlah penggunaan kuasa, adalah perlu untuk mengira nilainya menggunakan formula segi tiga kuasa berdasarkan bacaan wattmeter dan varmeter. Ia dinyatakan dalam unitnya - volt-ampere.

Penamaan yang diterima bagi setiap unit membantu juruelektrik menilai bukan sahaja magnitudnya, tetapi juga sifat komponen kuasa.

Kuasa aktif (P)

Dengan kata lain, kuasa aktif boleh dipanggil: kuasa sebenar, sebenar, berguna, sebenar. Dalam litar DC, kuasa yang membekalkan beban DC ditakrifkan sebagai hasil mudah voltan merentasi beban dan arus yang mengalir, iaitu

kerana dalam litar DC tidak ada konsep sudut fasa antara arus dan voltan. Dalam erti kata lain, tiada faktor kuasa dalam litar DC.

Tetapi dengan isyarat sinusoidal, iaitu, dalam litar arus ulang-alik, keadaan lebih rumit kerana kehadiran perbezaan fasa antara arus dan voltan. Oleh itu, kuasa purata (kuasa aktif) yang sebenarnya menggerakkan beban diberikan oleh:

Dalam litar arus ulang-alik, jika ia aktif semata-mata (resistif), formula untuk kuasa adalah sama seperti untuk arus terus: P = U I.

Formula untuk kuasa aktif

P = U I - dalam litar DC

P = U I cosθ - dalam litar AC fasa tunggal

P = √3 U L I L cosθ - dalam litar AC tiga fasa

P = 3 U Ph I Ph cosθ

P = √ (S 2 – Q 2) atau

P =√ (VA 2 – var 2) atau

Kuasa aktif = √ (Kuasa ketara 2 – Kuasa reaktif 2) atau

kW = √ (kVA 2 – kvar 2)

Kuasa reaktif (Q)

Ia juga boleh dipanggil kuasa tidak berguna atau tanpa watt.

Kuasa yang sentiasa mengalir bolak-balik antara punca dan beban dikenali sebagai reaktif (Q).

Kuasa reaktif ialah kuasa yang digunakan dan kemudian dikembalikan oleh beban kerana sifat reaktifnya. Unit kuasa aktif ialah watt, 1 W = 1 V x 1 A. Tenaga kuasa reaktif disimpan dahulu dan kemudian dilepaskan sebagai medan magnet atau medan elektrik masing-masing dalam kes induktor atau kapasitor.

Kuasa reaktif ditakrifkan sebagai

dan boleh menjadi positif (+Ue) untuk beban induktif dan negatif (-Ue) untuk beban kapasitif.

Unit kuasa reaktif ialah volt-ampere (var): 1 var = 1 V x 1 A. Secara ringkas, unit kuasa reaktif mentakrifkan magnitud medan magnet atau elektrik yang dihasilkan oleh 1 V x 1 A.

Formula untuk kuasa reaktif

Kuasa reaktif = √ (Kuasa ketara 2 – Kuasa aktif 2)

var =√ (VA 2 – P 2)

kvar = √ (kVA 2 – kW 2)

Kuasa ketara (S)

Kuasa ketara adalah hasil voltan dan arus, mengabaikan sudut fasa di antara mereka. Semua kuasa dalam rangkaian AC (terlesap dan diserap/dipulangkan) adalah jumlah kuasa.

Gabungan kuasa reaktif dan aktif dipanggil kuasa ketara. Hasil darab nilai voltan berkesan dan nilai arus berkesan dalam litar arus ulang alik dipanggil kuasa ketara.

Ia adalah hasil daripada nilai voltan dan arus tanpa mengambil kira sudut fasa. Unit kuasa ketara (S) ialah VA, 1 VA = 1 V x 1 A. Jika litar aktif semata-mata, kuasa ketara adalah sama dengan kuasa aktif, dan dalam litar induktif atau kapasitif (jika terdapat reaktansi) , kuasa ketara adalah lebih besar daripada kuasa aktif.

Formula untuk Kuasa Penuh

Kuasa ketara = √ (Kuasa aktif 2 + Kuasa reaktif 2)

kUA = √(kW 2 + kUAR 2)

Perlu diingatkan bahawa:

• Perintang menggunakan kuasa aktif dan melepaskannya dalam bentuk haba dan cahaya.
• aruhan menggunakan kuasa reaktif dan membebaskannya dalam bentuk medan magnet.
• Kapasitor menggunakan kuasa reaktif dan melepaskannya dalam bentuk medan elektrik.

Kuasa. Watt.

Voltan diukur dengan voltmeter (V), dan arus melalui beban (R) dengan ammeter (A).

Adalah jelas bahawa kuasa yang sama boleh diperolehi pada nilai voltan sumber semasa yang berbeza. Dengan voltan sumber 1 volt, untuk mendapatkan kuasa 1 watt, adalah perlu untuk melepasi arus 1 ampere melalui beban (1V x 1A = 1W). Jika punca menghasilkan voltan 10 volt, kuasa 1 watt dicapai pada arus 0.1 ampere (10V x 0.1A = 1W).

Kuasa dalam fizik ialah kelajuan di mana beberapa kerja dilakukan.

Lebih cepat kerja dilakukan, lebih besar kuasa pelaku.

Kereta berkuasa memecut lebih laju. Orang yang berkuasa (kuat) mampu menyeret beg kentang ke tingkat sembilan dengan lebih pantas.

1 Watt ialah kuasa yang membolehkan anda melakukan 1 J kerja dalam satu saat (apa joule adalah diterangkan di atas).

Jika anda dapat memecut badan dua kilogram ke kelajuan 1 m/s dalam satu saat, maka anda sedang membangunkan kuasa 1 W.

Jika anda mengangkat beban kilogram ke ketinggian 0.1 meter sesaat, kuasa anda ialah 1 W kerana beban memperoleh tenaga potensi 1 J sesaat.

Jika anda menjatuhkan satu pinggan dari ketinggian yang sama ke atas lantai konkrit dan yang kedua ke atas selimut, yang pertama mungkin akan pecah, tetapi yang kedua akan bertahan. Apakah perbezaannya? Syarat awal dan akhir adalah sama. Plat jatuh dari ketinggian yang sama dan oleh itu mempunyai tenaga yang sama. Di aras lantai, kedua-dua plat berhenti - semuanya kelihatan sama. Cuma bezanya Hakikatnya ialah tenaga yang terkumpul plat semasa penerbangan dilepaskan serta-merta (sangat cepat) dalam kes pertama, dan apabila plat jatuh pada selimut atau permaidani, proses brek dilanjutkan dari semasa ke semasa.

Biarkan plat yang jatuh mempunyai tenaga kinetik 1 J. Proses berlanggar dengan lantai konkrit mengambil masa, katakan, 0.001 saat. Ternyata kuasa yang dikeluarkan semasa hentaman ialah 1/0.001=1000 W!

Jika plat perlahan perlahan selama 0.1 saat, kuasa akan menjadi 1/0.1=10 W. Sudah ada peluang untuk bertahan - jika terdapat organisma hidup di tempat plat.

Inilah sebabnya mengapa terdapat zon renyuk dan beg udara di dalam kereta, supaya memanjangkan proses pembebasan tenaga dari semasa ke semasa sekiranya berlaku kemalangan, iaitu mengurangkan kuasa apabila hentaman. Dan pembebasan tenaga, dengan cara itu, adalah kerja. Dalam kes ini, kerjanya adalah untuk memecahkan organ dalaman anda dan memecahkan tulang anda.

sama sekali, kerja ialah proses menukar satu jenis tenaga kepada yang lain.

Contoh lain: anda boleh membakar kandungan silinder propana dalam penunu tanpa akibat. Tetapi jika anda mencampurkan gas yang terkandung dalam silinder dengan udara dan menyala, ia akan berlaku letupan.

Dalam kedua-dua kes, jumlah tenaga yang sama dikeluarkan. Tetapi dalam yang kedua, tenaga dilepaskan dalam tempoh yang singkat. A kuasa - nisbah jumlah kerja kepada masa di mana ia dilakukan.

Mengenai elektrik, 1 W ialah kuasa yang dikeluarkan oleh beban apabila hasil darab arus melaluinya dan voltan pada hujungnya adalah sama dengan kesatuan. Iaitu, sebagai contoh, jika arus melalui lampu ialah 1 A, dan voltan pada terminalnya ialah 1 V, kuasa yang dikeluarkan melaluinya ialah 1 W.

Lampu dengan arus 2 A akan mempunyai kuasa yang sama pada voltan 0.5 V - hasil darab kuantiti ini juga sama dengan satu.

Jadi:

P = U*I. Kuasa adalah sama dengan hasil voltan dan arus.

Kita boleh menulisnya secara berbeza:

I = P/U- arus adalah sama dengan kuasa dibahagikan dengan voltan.

Terdapat, sebagai contoh, lampu pijar. Parameter berikut ditunjukkan pada asasnya: voltan 220 V, kuasa 100 W. Kuasa 100 W bermakna hasil darab voltan yang dikenakan pada terminalnya yang didarab dengan arus yang mengalir melalui lampu ini ialah seratus. U*I=100.

Apakah arus yang akan mengalir melaluinya? Watson asas: I = P/U, bahagi kuasa setiap voltan (100/220), kita mendapat 0.454 A. Arus melalui lampu ialah 0.454 ampere. Atau, dengan kata lain, 454 miliamp (mili - perseribu).

Pilihan rakaman lain U = P/I. Ia juga akan berguna di suatu tempat.

Sekarang kita dipersenjatai dengan dua formula - hukum Ohm dan formula untuk kuasa arus elektrik. Dan ini sudah menjadi alat.

Kami ingin mengetahui rintangan filamen lampu pijar seratus watt yang sama.

Hukum Ohm memberitahu kita: R = U/I.

Anda tidak perlu mengira arus melalui lampu untuk menggantikannya ke dalam formula kemudian, tetapi ambil jalan pintas: kerana I = P/U, kami menggantikan P/U dan bukannya I dalam formula R = U/I .

Malah, mengapa tidak menggantikan arus (yang tidak diketahui oleh kami) dengan voltan dan kuasa lampu (yang ditunjukkan pada pangkalan).

Jadi: R = U/P/U, yang sama dengan U^2/P. R = U^2/P. Kami kuasa dua 220 (voltan) dan bahagikan dengan seratus (kuasa lampu). Kami mendapat rintangan 484 Ohms.

Anda boleh menyemak pengiraan. Di atas, kami mengira arus melalui lampu - 0.454 A.

R = U/I = 220/0.454 = 484 Ohm. Apa pun yang boleh dikatakan, hanya ada satu kesimpulan yang betul.

Sekali lagi, formula kuasa ialah: P = U*I(1), atau I = P/U(2), atau U = P/I (3).

Hukum Ohm: I = U/R(4) atau R = U/I(5) atau U = I*R (6).

P - kuasa

U - voltan

Saya - semasa

R - rintangan

Dalam mana-mana formula ini, bukannya nilai yang tidak diketahui, anda boleh menggantikan yang diketahui.

Sekiranya anda perlu mengetahui kuasa, mempunyai nilai voltan dan rintangan, ambil formula 1, bukannya arus I kita menggantikan yang setara dengan formula 4.

Kesudahannya P = U^2/R. Kuasa adalah sama dengan kuasa dua voltan dibahagikan dengan rintangan. Iaitu, apabila voltan yang digunakan pada rintangan berubah, kuasa yang dikeluarkan padanya berubah dalam hubungan kuadratik: voltan digandakan, kuasa (untuk perintang - pemanasan) meningkat empat kali ganda! Inilah yang dikatakan oleh matematik kepada kita.

Analogi hidraulik sekali lagi akan membantu untuk memahami mengapa ini berlaku dalam amalan.Objek yang terletak pada ketinggian tertentu mempunyai tenaga keupayaan. Dan, turun dari ketinggian ini, dia boleh melakukan kerja. Beginilah cara air melakukan kerja menjana tenaga di stesen janakuasa hidroelektrik, jatuh melalui turbin hidraulik dari paras takungan ke air ekor (paras bawah).

Tenaga potensi sesuatu objek bergantung pada jisimnya dan pada ketinggian di mana ia terletak (semakin banyak masalah yang akan ditimbulkan oleh batu yang akan jatuh, semakin banyak beratnya, dan semakin tinggi ketinggian dari mana ia jatuh). Graviti di tempat ia jatuh juga penting. Batu yang sama jatuh dari ketinggian yang sama adalah lebih berbahaya atas tanah daripada di Bulan, kerana di Bulan "daya graviti" (daya menarik batu ke bawah) adalah 6 kali kurang daripada di Bumi. Jadi, kita mempunyai tiga parameter yang mempengaruhi tenaga berpotensi - jisim, ketinggian dan graviti. Mereka adalah apa yang terkandung dalam formula tenaga kinetik:

Ek = m*g*h,

di mana m- jisim objek,g- pecutan jatuh bebas di lokasi tertentu ("graviti"),h- ketinggian di mana objek itu terletak.

Mari kita pasangkan pemasangan: pam yang digerakkan oleh enjin akan mengepam air dari takungan bawah ke atas, dan air yang mengalir di bawah pengaruh graviti dari takungan atas akan menghidupkan penjana:

Adalah jelas bahawa semakin tinggi lajur air, semakin banyak tenaga yang akan dimiliki oleh air. Mari gandakan ketinggian tiang. Ia adalah jelas bahawa pada ketinggian dua kali ganda h, air akan mempunyai dua kali ganda tenaga potensi, dan, nampaknya, kuasa penjana harus berganda? Malah, kuasanya akan meningkat empat kali ganda. kenapa? Kerana disebabkan tekanan berganda dari atas, aliran air melalui generator akan berganda. Dan menggandakan aliran air pada dua kali ganda tekanan akan membawa kepada peningkatan empat kali ganda dalam kuasa yang dikeluarkan oleh penjana: dua kali lebih banyak dan dua kali lebih kuat.

Perkara yang sama berlaku pada rintangan apabila voltan yang dikenakan padanya berganda. Kita masih ingat formula untuk kuasa yang dikeluarkan oleh perintang, bukan?

P = U*I.

Kuasa P sama dengan hasil voltan U, digunakan pada perintang dan arus saya mengalir melaluinya. Apabila voltan yang dikenakan meningkat dua kali ganda U, kuasa nampaknya perlu berganda. Tetapi peningkatan voltan juga membawa kepada peningkatan berkadar dalam arus melalui perintang! Oleh itu, ia akan berganda bukan sahaja U, tetapi juga saya. Itulah sebabnya kuasa bergantung kepada voltan yang digunakan secara kuadratik.

Bateri dengan dua kali ganda voltan "pam" elektron kepada dua kali ganda "ketinggian", dan ini membawa kepada gambar yang sama seperti dalam analog hidraulik.

Perlu mengetahui kuasa, mengetahui rintangan dan arus, tetapi tidak mengetahui voltan? Tiada masalah. Dalam formula pertama yang sama sebaliknya U menggantikan yang setara U daripada formula 6. Kita dapat P = I^2*R. Kuasa adalah sama dengan kuasa dua arus darab dengan rintangan.

Analog hidraulik di atas akan membantu anda memahami sebabnya. Menggandakan arus melalui perintang yang diberikan hanya boleh dilakukan dengan menggandakan voltan yang dikenakan padanya. Jadi, formulanya P = U*I, akan berfungsi di sini juga, walaupun tiada dalam formula P = I^2*R voltan. Cuma ketegangan dalam kes ini wujud "di sebalik tabir", bersembunyi di sebalik pembolehubah lain.

Satu lagi keanehan formula ini ialah kuasa berkadar terus dengan rintangan. Bagaimana ini boleh terjadi? Baiklah, mari kita putuskan litar sama sekali, rintangan akan meningkat kepada infiniti, yang bermaksud bahawa kuasa yang dikeluarkan pada apa yang tidak ada akan meningkat dengan sewajarnya? mengarut apa.

Ia sebenarnya mudah. Peningkatan rintangan akan mengakibatkan pengurangan yang sepadan dalam arus melalui perintang. Jika dalam formula

P = I^2*R,

rintangan R dua kali ganda, kemudian arus saya akan dikurangkan separuh. Dan pergantungan kuasa pada arus dalam formula ini adalah kuadratik. Oleh itu, kuasa yang dikeluarkan oleh perintang dijangka menurun sebanyak separuh.

Saya ingatkan anda:

voltan (U) ialah "perbezaan tekanan elektrik" antara mana-mana dua titik dalam litar elektrik (sama dengan perbezaan tekanan bendalir). Unit - volt.

semasa (saya) ialah bilangan elektron yang melalui bahagian litar (bersamaan dengan aliran bendalir).Unit - ampere. 1 A = 1 C/saat.

Rintangan (R) - keupayaan bahagian litar untuk mengganggu (menentang) pergerakan elektron(seperti kesesakan atau penyumbatan dalam paip).Unit - ohm.

Kuasa (P) ialah hasil voltan dan arus (seolah-olah kita mendarabkan aliran air melalui mana-mana bahagian sistem bekalan air dengan perbezaan tekanan di hujung bahagian ini).Unit - watt.