Sähkövoima

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 21. helmikuuta 2022 tarkistetusta versiosta . vahvistus vaatii 1 muokkauksen .

Sähköteho on fysikaalinen suure , joka kuvaa sähköenergian siirtymis- tai muuntumisnopeutta.

Kansainvälisen yksikköjärjestelmän (SI) mittayksikkö on watti ( venäläinen nimitys: W , kansainvälinen: W ).

Välitön sähköteho

Hetkellinen teho on jännitteen ja virran hetkellisten arvojen tulo missä tahansa sähköpiirin osassa.

Määritelmän mukaan sähköjännite on sähkökentän työn suhde , joka tehdään siirrettäessä testisähkövarausta pisteestä pisteeseen , testivarauksen arvoon. Eli voidaan sanoa, että sähköjännite on numeerisesti yhtä suuri kuin yksikkövarauksen siirtäminen pisteestä pisteeseen . Toisin sanoen, kun yksikkövaraus liikkuu sähköpiirin osuutta pitkin, se tekee työtä tai sille tehdään työtä, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin piirin osaan vaikuttava sähköjännite. Kun jännite kerrotaan yksikkövarausten määrällä, saadaan työ, jonka sähkökenttä tekee siirtääkseen nämä varaukset piiriosan alusta loppuun. Teho on määritelmän mukaan työtä aikayksikköä kohti. $A$ $B$ $A$ $B$

Esitellään merkintä:

U

- jännite sivustolla (otamme sen vakiona intervallilla );

AB

\Delta t

K

on aikavälillä välitettyjen maksujen määrä ;

A

B

\Delta t

A

- panoksen tekemä työ työmaalla liikkuessa ;

K

AB

P

-voimaa.

Kirjaamalla ylös yllä oleva perustelu, saamme:

P_{AB}={\frac {A}{\Delta t))~.

Yhdellä maksulla sivustolla : $AB$

P_{e(AB)}={\frac {U}{\Delta t))~.

Kaikille maksuille:

P_{AB}={\frac {U}{\Delta t}}\cdot {Q}={U}\cdot {\frac {Q}{\Delta t}}~.

Koska virta on sähkövaraus, joka virtaa johtimen läpi aikayksikköä kohti, eli määritelmän mukaan tulos on: $\textstyle I={\frac {Q}{\Delta t))$

P_{AB}=U\cdot I~.

Olettaen ajan olevan äärettömän pieni, voidaan olettaa, että myös jännitteen ja virran arvot tänä aikana muuttuvat äärettömästi. Tuloksena saadaan seuraava hetkellisen sähkötehon määritelmä:

sähköpiirin osassa vapautuva hetkellinen sähköteho on tämän osan jännitteen ja virran hetkellisten arvojen tulo: $p(t)$ $u(t)$ $se)$

p(t)=u(t)\cdot i(t)~.

Jos piiriosassa on vastus , jossa on sähkövastus , niin: $R$

p(t)=i(t)^{2}\cdot R={\frac {u(t)^{2}}{R}}~.

Sähkötehon differentiaalilausekkeet

Tilavuusyksikköä kohti vapautuva teho on:

w={\frac {dP}{dV}}=\mathbf {E} \cdot \mathbf {j} ~,

missä:

\mathbf {E}

- sähkökentän voimakkuus ;

{\mathbf j}

on virrantiheys .

Skalaaritulon negatiivinen arvo (vektorit ja ovat vastakkaisia tai muodostavat tylpän kulman ) tarkoittaa, että tietyssä pisteessä sähkötehoa ei hajoa, vaan se syntyy ulkoisten voimien vaikutuksesta. $\mathbf {E}$ ${\mathbf j}$

Isotrooppisen väliaineen tapauksessa lineaarisessa approksimaatiossa:

w=\sigma E^{2}={\frac {E^{2}}{\rho }}=\rho j^{2}={\frac {j^{2}}{\sigma }}~,

missä on ominaisjohtavuus , resistiivisyyden käänteisluku . $\textstyle \sigma \,{\overset {\underset {\mathrm {def} }{}}{=}}\,{\frac {1}{\rho }}$

Anisotropian tapauksessa (esimerkiksi yksittäiskiteessä tai nestekiteessä sekä Hall-ilmiön läsnä ollessa ) lineaarisessa approksimaatiossa:

w=\sigma _{\alpha \beta }E_{\alpha }E_{\beta }~,

missä on johtavuustensori . $\sigma _{{\alpha \beta }}$

DC teho

Koska virran ja jännitteen arvot ovat vakioita ja yhtä suuria kuin hetkelliset arvot milloin tahansa, teho voidaan laskea kaavalla:

P=I\cdot U~.

Passiiviselle lineaariselle piirille, joka noudattaa Ohmin lakia , voidaan kirjoittaa:

P=I^{2}\cdot R={\frac {U^{2}}{R}}~,

missä on sähkövastus . $R$

Jos piiri sisältää emf -lähteen , siitä luovutettu tai absorboitunut sähköteho on yhtä suuri:

P=I\cdot {\mathcal {E}}~,

missä on EMF. ${\mathcal {E}}$

Jos EMF:n sisällä oleva virta on potentiaaligradientin vastainen (se virtaa EMF:n sisällä plussasta miinukseen), EMF-lähde absorboi tehon verkosta (esimerkiksi kun sähkömoottori on käynnissä tai akku on päällä) lataus ), jos se on samansuuntainen (se virtaa EMF:n sisällä miinuksesta plussaan), niin lähde luovuttaa sen verkkoon (esimerkiksi kun galvaaninen akku tai generaattori on käynnissä ). Kun otetaan huomioon EMF-lähteen sisäinen vastus , siihen vapautuva teho lisätään absorboituun tai vähennetään lähdöstä. $p=I^{2}\cdot r$

AC virta

Vaihtovirtapiireissä DC-tehon kaavaa voidaan käyttää vain hetkellisen tehon laskemiseen, joka vaihtelee suuresti ajan mukaan eikä ole kovin hyödyllinen suoraan useimpiin yksinkertaisiin käytännön laskelmiin. Keskimääräisen tehon arvon suora laskeminen vaatii integrointia ajan myötä. Tehon laskemiseksi piireissä, joissa jännite ja virta muuttuvat ajoittain, keskimääräinen teho voidaan laskea integroimalla hetkellinen teho jakson aikana. Käytännössä sinimuotoisen vaihtuvan jännitteen ja virran piirien tehon laskeminen on tärkeintä.

Näennäis-, pätö-, loistehon ja tehokertoimen käsitteiden yhdistämiseksi on kätevää kääntyä kompleksilukujen teorian puoleen . Voidaan ajatella, että AC-piirin teho ilmaistaan kompleksiluvulla siten, että pätöteho on sen reaaliosa, loisteho on sen imaginaariosa, näennäisteho on moduuli ja kulma ( vaihesiirto ) on argumentti. Tällaiselle mallille kaikki alla kirjoitetut suhteet osoittautuvat päteviksi. $\varphi$

Aktiivinen teho

SI-yksikkö on watti [1] .

P=U\cdot I\cdot \cos \varphi ~.

Keskimääräistä hetkellisen tehon arvoa ajanjaksolla kutsutaan pätösähkötehoksi tai sähkötehoksi: $T$

P={\frac {1}{T}}\int \limits _{0}^{T}p(t)dt~.

Yksivaiheisen sinimuotoisen virran piireissä , joissa ja ovat jännitteen ja virran rms-arvot , on niiden välinen vaihekulma . Ei-sinimuotoisissa virtapiireissä sähköteho on yhtä suuri kuin yksittäisten harmonisten vastaavien keskimääräisten tehojen summa. Aktiivinen teho kuvaa nopeutta, jolla sähköenergia muuttuu peruuttamattomasti muun tyyppiseksi energiaksi (lämpö ja sähkömagneettinen). Aktiivinen teho voidaan ilmaista myös virranvoimakkuudella, jännitteellä ja piirin vastuksen aktiivikomponentilla tai sen johtavuudella kaavalla . Missä tahansa sähköpiirissä, sekä sinimuotoisessa että ei-sinimäisessä virrassa, koko piirin pätöteho on yhtä suuri kuin piirin yksittäisten osien aktiivisten tehojen summa; kolmivaiheisissa piireissä sähköteho määritellään yksittäisten vaiheiden tehojen summa. Aktiivinen teho on suhteutettu täyteen tehoon suhteella . $P=U\cdot I\cdot\cos\varphi$ $U$ $minä$ $\varphi$ $r$ $g$ $P=I^{2}\cdot r=U^{2}\cdot g$ $S$ $P=S\cdot\cos\varphi$

Pitkien linjojen teoriassa (sähkömagneettisten prosessien analyysi siirtojohdossa, jonka pituus on verrattavissa sähkömagneettisen aallon pituuteen) pätötehon täydellinen analogi on lähetetty teho, joka määritellään tulevan tehon erona. ja heijastunut voima.

Loisteho

Mittayksikkö on Kansainvälisen sähköteknisen komission ehdotuksen mukaan var (volt-ampere reactive); (venäläinen nimitys: var ; kansainvälinen: var ). SI-yksikköinä mitattuna, kuten SI-esitteen 9. painoksessa todettiin, var on koherentti volttiampeerien tulon kanssa. Venäjän federaatiossa tämä yksikkö on hyväksytty käytettäväksi järjestelmän ulkopuolisena yksikkönä ilman aikarajoitusta " sähkötekniikan " alalla [1] [2] :

Q=U\cdot I\cdot \sin \varphi ~.

Var määritellään sinimuotoisen vaihtovirtapiirin loistehoksi tehollisella jännitteellä 1 V ja virralla 1 A, jos vaihesiirto virran ja jännitteen välillä [3] . $\textstyle {\frac {\pi }{2))$

Loisteho on arvo, joka luonnehtii kuormia, jotka syntyvät sähkölaitteissa sähkömagneettisen kentän energian vaihteluista sinimuotoisessa vaihtovirtapiirissä, joka on yhtä suuri kuin jännitteen ja virran neliökeskiarvon tulo kerrottuna sinillä niiden välisestä vaihesiirtokulmasta : (jos virta on jäljessä jännitteestä, vaihesiirtoa pidetään positiivisena, jos eteenpäin - negatiivisena). Loisteho liittyy näennäistehoon ja pätötehoon seuraavilla tavoilla : $U$ $minä$ $\varphi$ $Q=U\cdot I\cdot \sin \varphi$ $S$ $P$

|Q|={\sqrt {S^{2}-P^{2))}~.

Loistehon fyysinen merkitys on energia, joka pumpataan lähteestä vastaanottimen loiselementteihin (induktanssit, kondensaattorit, moottorin käämit) ja jonka nämä elementit sitten palauttavat takaisin lähteeseen yhden tähän ajanjaksoon liittyvän värähtelyjakson aikana.

On huomattava, että arvo arvoille 0 - plus 90° on positiivinen arvo. Arvot arvoille 0 - -90° on negatiivinen arvo. Kaavan mukaan loisteho voi olla joko positiivinen (jos kuorma on aktiivinen-induktiivinen) tai negatiivinen (jos kuorma on aktiivinen-kapasitiivinen). Tämä seikka korostaa sitä tosiasiaa, että loisteho ei ole osallisena sähkövirran työhön. Kun laitteessa on positiivinen loisteho, on tapana sanoa, että se kuluttaa sitä ja negatiivisena se tuottaa sen, mutta tämä on puhdas sopimus, koska useimmat tehoa kuluttavat laitteet (esimerkiksi induktiomoottorit ) sekä puhtaasti aktiivinen kuorma, joka on kytketty muuntajan kautta , ovat aktiivisia induktiivisia. $\sin\varphi$ $\varphi$ $\sin\varphi$ $\varphi$ $Q=UI\sin\varphi$

Voimalaitoksiin asennetut synkroniset generaattorit voivat sekä tuottaa että kuluttaa loistehoa riippuen generaattorin roottorin käämityksessä kulkevan viritysvirran määrästä. Tämän synkronisten sähkökoneiden ominaisuuden ansiosta verkkojännitetasoa säädellään. Ylikuormituksen poistamiseksi ja sähköasennusten tehokertoimen lisäämiseksi suoritetaan loistehon kompensointi .

Modernien sähköisten mittausanturien käyttö mikroprosessoriteknologiassa mahdollistaa tarkemman arvioinnin induktiivisesta ja kapasitiivisesta kuormasta vaihtojännitelähteeseen palautetun energian määrästä.

Täysi teho

Mittayksikkö on V A, volttiampeeri (venäläinen nimitys: V A ; kansainvälinen: V A ). Venäjän federaatiossa tämä yksikkö on hyväksytty käytettäväksi järjestelmän ulkopuolisena yksikkönä ilman aikarajoitusta "sähkötekniikan" soveltamisalalla [1] [2] .

Näennäisteho - arvo, joka on yhtä suuri kuin piirissä olevan jaksottaisen sähkövirran tehollisten arvojen tulo ja sen liittimissä oleva jännite , suhteutetaan pätö- ja loistehoon suhteessa: $minä$ $U$ $S=U\cdot I$

S={\sqrt {P^{2}+Q^{2))}~,

missä:

P

— aktiivinen teho;

K

- loisteho (induktiivisella kuormalla ja kapasitiivisella ).

Q>0

Q<0

Näennäisen, aktiivisen ja loistehon välinen vektoririippuvuus ilmaistaan kaavalla:

{\vec {S}}={\vec {P}}+{\vec {Q}}~.

Täysteholla on käytännön merkitys, koska se kuvaa kuluttajan todellisia kuormituksia syöttöverkon elementteihin ( johdot , kaapelit , vaihteistot , muuntajat , voimajohdot ), koska nämä kuormat riippuvat kulutetusta virrasta, eivätkä kuluttajan tosiasiallisesti käyttämästä energiasta. Tästä syystä muuntajien ja kytkintaulujen kokonaisteho mitataan voltteina, ei watteina.

Integroitu teho

Teho, joka on samanlainen kuin impedanssi , voidaan kirjoittaa monimutkaisessa muodossa:

{\piste {S}}={\piste {U}}{\piste {I}}^{*}=I^{2}\mathbb {Z} ={\frac {U^{2} }{\mathbb {Z} ^{*}}}~,

missä:

{\piste {U}}

on monimutkainen stressi;

{\piste {I}}

on kompleksinen virta;

\mathbb {Z}

on impedanssi;

*

on monimutkainen konjugaatiooperaattori .

Integroitu tehomoduuli on yhtä suuri kuin näennäisteho Reaaliosa on yhtä suuri kuin pätöteho ja imaginaariosa on yhtä suuri kuin loisteho oikealla etumerkillä riippuen kuorman luonteesta. $\left|{\piste {S}}\oikea|$ $S.$ ${\mathrm {Re}}({\piste {S}})$ $P,$ ${\mathrm {Im}}({\piste {S}})$ $K$

Mittaukset

Sähkötehon mittaamiseen käytetään wattimittareita ja varmetreja , voit myös käyttää epäsuoraa menetelmää volttimittarilla , ampeerimittarilla ja vaihemittarilla .
Vaihemittareita käytetään loistehokertoimen mittaamiseen
Valtion tehostandardi - GET 153-2012 Valtion ensisijainen sähkötehoyksikön standardi taajuusalueella 1 - 2500 Hz. Säilytysinstituutti: VNIIM

Joidenkin sähkölaitteiden virrankulutus

Joidenkin kuluttajien kulutetun sähkötehon arvot

Sähkölaite	Teho, W
taskulampun polttimo	yksi
Verkkoreititin, keskitin	10…20
PC-järjestelmäyksikkö	100…1700
Palvelimen järjestelmälohko	200…1500
PC CRT -näyttö	15…200
PC-LCD-näyttö	2…40
Kotitalouksien loistelamppu	5…30
Kotitalouksien hehkulamppu	25…150
Jääkaapin kotitalous	15…700
Sähköinen pölynimuri	100…3000
sähkösilitysrauta	300…2000
Pesukone	350…2000
sähköliesi	1000…2000
Kotitalouksien hitsauskone	1000…5500
Matala hissimoottori	3000…15000
Raitiovaunun moottori	45 000…75 000
veturin moottori	650 000
Kaivoksen nostimen moottori	1 000 000…5 000 000
Valssaimen moottori	6 000 000…32 000 000

Teholähtö

Se mittaa sekä pitkän aikavälin ( RMS ) että lyhytaikaisia ( PMO, PMPO ) tehoja, jotka voidaan toimittaa tehovahvistimilla .

Katso myös : tehokkuus

Katso myös

Muistiinpanot

↑ 1 2 3 Dengub V. M., Smirnov V. G. Summien yksiköt. Sanakirjan viittaus. - M . : Publishing House of Standards, 1990. - S. 26-27. – 240 s. — ISBN 5-7050-0118-5 .
↑ 1 2 Säännöt Venäjän federaatiossa käytettäväksi sallituista arvoyksiköistä Arkistokopio 2. marraskuuta 2013 Wayback Machinesta Hyväksytty Venäjän federaation hallituksen asetuksella 31. lokakuuta 2009 N 879.
↑ Sena L. A. Fysikaalisten suureiden yksiköt ja niiden mitat. — M.: Nauka , 1977. — S. 213.

Kirjallisuus

GOST 8.417-2002 yksiköt.
PR 50.2.102-2009 Asetus Venäjän federaatiossa käytettäväksi sallituista määräyksiköistä.
L. A. Bessonov . Sähkötekniikan teoreettiset perusteet. Sähköpiirit: oppikirja

poikamiehille. - 12. painos, Rev. ja ylimääräistä - M. : Yurayt, 2016. - 702 s. — (kandidaatti. Jatkokurssi). - 1000 kappaletta. - ISBN 978-5-9916-3210-2 .

Goldshtein E. I., Sulaimanov A. O., Gurin T. S. Sähköpiirien tehoominaisuudet ei-sinimuotoisilla virroilla ja jännitteillä. TPU, - Tomsk, 2009, osasto julkaisussa VINITI, 06.04.09, nro 193 - 2009. - 146 s.

Linkit

Energian muunnos sähköpiirissä . Sinimuotoisen virran hetkellinen, aktiivinen, lois- ja näennäisteho . ToeHelp.Ru . Haettu: 7.3.2022. (Venäjän kieli)
Mihin loistehokompensointi on tarkoitettu ? Sähköasentajan koulu (2010). Haettu: 7.3.2022. (Venäjän kieli)
V. Korotun . toim. D. Makarov : Kuinka laskea sähkövirran teho? . Sähköasentajan huomautukset . ASUTPP. Haettu: 7.3.2022. (Venäjän kieli)