- Ukupna snaga i njezine komponente
- Negativan utjecaj reaktivnog opterećenja
- Izračun potrošnje energije
Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!
Pri projektiranju bilo kojeg električnog kruga vrši se izračun snage. Na temelju toga izrađuje se izbor osnovnih elemenata i izračunava se dopušteno opterećenje. Ako izračun za DC strujni krug nije težak (u skladu s Ohmovim zakonom, potrebno je pomnožiti struju naponom - P = U * I), a izračunavanje izmjenične struje nije tako jednostavno. Za objašnjenje, morat ćete se osvrnuti na osnove elektrotehnike, bez ulaženja u detalje, dajemo kratak sažetak glavnih teza.
Ukupna snaga i njezine komponente
Kod izmjeničnih struja, snaga se izračunava uzimajući u obzir zakone sinusoidalnih promjena napona i struje. U tom smislu uveden je koncept ukupne snage (S), koji uključuje dvije komponente: reaktivno (Q) i aktivno (P). Grafički opis tih veličina može se provesti kroz trokut snage (vidi sliku 1).
Pod aktivnom komponentom (P) odnosi se na korisni teret (nepovratna pretvorba električne energije u toplinu, svjetlo itd.). Ta se vrijednost mjeri u vatima (W), na razini kućanstva uobičajeno je izračunavati u kilovatima (kW) u proizvodnom sektoru, u megavatima (mW).
Reaktivna komponenta (Q) opisuje kapacitivno i induktivno električno opterećenje u krugu izmjenične struje, jedinici mjere za tu veličinu Var.
U skladu s grafičkim prikazom, odnosi u trokutu moći mogu se opisati pomoću elementarnih trigonometrijskih identiteta, što omogućuje korištenje sljedećih formula :
- S = 2P 2 + Q 2, - za punu snagu;
- i Q = U * I * cos P, i P = U * I * sin φ - za reaktivne i aktivne komponente.
Ovi izračuni su primjenjivi za jednofaznu mrežu (na primjer, kućanstvo 220 V), da bi se izračunala snaga trofazne mreže (380 V), potrebno je dodati faktor (3 (sa simetričnim opterećenjem) formulama ili zbrojiti snage svih faza (ako je opterećenje asimetrično).
Za bolje razumijevanje procesa utjecaja komponenti pune snage, razmotrimo "čistu" manifestaciju opterećenja u aktivnom, induktivnom i kapacitivnom obliku.
Aktivno opterećenje
Uzmimo hipotetski krug koji koristi “čist” otpor i odgovarajući izvor izmjeničnog napona. Grafički opis rada takvog kruga prikazan je na slici 2, koja prikazuje glavne parametre za određeni vremenski raspon (t).
Vidimo da su napon i struja sinkronizirani u fazi i frekvenciji, dok je snaga dvostruka frekvencija. Napominjemo da je smjer ove vrijednosti pozitivan i stalno se povećava.
Kapacitivno opterećenje
Kao što se može vidjeti na slici 3, grafikon karakteristika kapacitivnog opterećenja neznatno se razlikuje od aktivnog.
Frekvencija oscilacija kapacitivne snage je dvostruka frekvencija sinusoida napona. Što se tiče ukupne vrijednosti ovog parametra, ona je nula tijekom jednog harmonijskog razdoblja. U ovom slučaju, također se ne primjećuje povećanje energije (W). Ovaj rezultat pokazuje da se njegovo kretanje odvija u oba smjera lanca. To jest, kada se napon poveća, u spremniku se nakupi naboj. Kada dođe do negativnog polu-ciklusa, akumulirani naboj se ispušta u krug kruga.
U procesu skladištenja energije u kapacitetu opterećenja i naknadnom pražnjenju ne obavljaju se nikakvi korisni radovi.
Induktivno opterećenje
Donji grafikon pokazuje prirodu “čistog” induktivnog opterećenja. Kao što možete vidjeti, promijenio se samo smjer moći, a što se tiče akumulacije, on je nula.
Negativan utjecaj reaktivnog opterećenja
U gornjim primjerima razmatrane su opcije u kojima je prisutno "čisto" reaktivno opterećenje. Faktor utjecaja aktivnog otpora nije uzet u obzir. U takvim uvjetima reaktivni učinak je nula, što znači da ga možete ignorirati. Kao što razumijete, u stvarnim uvjetima to je nemoguće. Čak i ako je hipotetički postojalo takvo opterećenje, ne možemo isključiti otpor bakrenih ili aluminijskih žica kabela potrebnih za spajanje na izvor napajanja.
Reaktivna komponenta može se manifestirati u obliku zagrijavanja aktivnih komponenti kruga, na primjer, motora, transformatora, spojnih žica, kabela za napajanje itd. Na to se troši određena količina energije, što dovodi do smanjenja glavnih karakteristika.
Reaktivna snaga utječe na krug kako slijedi:
- ne daje nikakav koristan rad;
- uzrokuje ozbiljne gubitke i nenormalna opterećenja električnih uređaja;
- može izazvati ozbiljnu nesreću.
Zbog toga, izradom odgovarajućih proračuna za električni krug, ne može se isključiti utjecaj induktivnih i kapacitivnih opterećenja i, ako je potrebno, osigurati korištenje tehničkih sustava za njegovu kompenzaciju.
Izračun potrošnje energije
U svakodnevnom životu često se mora baviti izračunom potrošnje energije, primjerice, za provjeru dopuštenog opterećenja na ožičenju prije povezivanja potrošača električne energije s intenzivnim korištenjem resursa (klima uređaj, bojler, električni štednjak itd.). Također u takvom izračunu postoji potreba pri odabiru prekidača za razvodnu ploču preko koje je stan priključen na napajanje.
U takvim slučajevima izračun snage po struji i naponu nije potreban, dovoljno je sumirati potrošnju energije svih uređaja koji se mogu istovremeno uključiti. Bez povezivanja s izračunima, tu vrijednost za svaki uređaj moguće je pronaći na tri načina:
- pozivajući se na tehničku dokumentaciju uređaja;
- gledajući tu vrijednost na naljepnici stražnje ploče;
Potrošnja energije uređaja često se prikazuje na stražnjoj strani uređaja. - Koristeći tablicu, koja pokazuje prosječnu potrošnju energije za kućanske aparate.
Prilikom računanja treba uzeti u obzir da se početna snaga nekih električnih uređaja može značajno razlikovati od nominalne. Za kućanske uređaje ovaj parametar se gotovo nikada ne navodi u tehničkoj dokumentaciji, pa se trebate pozvati na odgovarajuću tablicu, koja sadrži prosječne vrijednosti parametara početne snage za različite uređaje (poželjno je odabrati maksimalnu vrijednost).