Todos nós nos deparamos com aparelhos elétricos todos os dias, parece que nossa vida para sem eles. E cada um deles nas instruções técnicas indica o poder. Hoje vamos descobrir o que é, aprender os tipos e métodos de cálculo.
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Potência em um circuito de corrente alternada
Aparelhos elétricos conectados à rede operam em um circuito de corrente alternada, portanto, consideraremos a potência nessas condições. No entanto, primeiro, vamos dar uma definição geral do conceito.
Poder - uma quantidade física que reflete a taxa de conversão ou transmissão de energia elétrica.
Em um sentido mais restrito, eles dizem que a energia elétrica é a razão do trabalho realizado durante um determinado período de tempo para esse período de tempo.
Parafraseando essa definição menos cientificamente, verifica-se que a energia é uma certa quantidade de energia que é consumida pelo consumidor durante um determinado período de tempo. O exemplo mais simples é uma lâmpada incandescente comum. A taxa na qual uma lâmpada converte a eletricidade que consome em calor e luz é sua potência. Assim, quanto mais alto for esse indicador inicialmente para uma lâmpada, mais ela consumirá energia e mais luz fornecerá.
Como neste caso não existe apenas o processo de conversão de eletricidade em algum outro (luz, térmica, etc.), mas também o processo de oscilação dos campos elétrico e magnético, aparece um deslocamento de fase entre a corrente e a tensão, e isso deve ser levado em consideração em cálculos posteriores.
Ao calcular a potência em um circuito de corrente alternada, costuma-se distinguir componentes ativos, reativos e completos.
O conceito de potência ativa
A potência "útil" ativa é aquela parte da potência que caracteriza diretamente o processo de conversão de energia elétrica em alguma outra energia. Denotado pela letra latina P e medido em watts (ter).
Calculado pela fórmula: P = U⋅I⋅cosφ,
onde U e I são o valor eficaz da tensão e corrente do circuito, respectivamente, cos φ é o cosseno do ângulo de fase entre a tensão e a corrente.
IMPORTANTE! A fórmula descrita anteriormente é adequada para calcular circuitos com tensão 220V, no entanto, unidades poderosas geralmente usam uma rede com tensão de 380V. Neste caso, a expressão deve ser multiplicada pela raiz de três ou 1,73
O conceito de potência reativa
A potência reativa "nociva" é a potência gerada durante a operação de aparelhos elétricos com carga indutiva ou capacitiva e reflete as oscilações eletromagnéticas em curso. Simplificando, essa é a energia que passa da fonte de energia para o consumidor e depois retorna à rede.
Obviamente, é impossível usar esse componente nos negócios, além disso, prejudica a rede de fornecimento de energia de várias maneiras, portanto, eles geralmente tentam compensá-lo.
Este valor é denotado pela letra latina Q.
LEMBRAR! A potência reativa não é medida em watts convencionais (ter), e em volt-ampères reativos (Var).
Calculado pela fórmula:
Q = U⋅I⋅senφ,
onde U e I são o valor eficaz da tensão e corrente do circuito, respectivamente, sinφ é o seno do ângulo de fase entre a tensão e a corrente.
IMPORTANTE! Ao calcular, este valor pode ser positivo e negativo, dependendo do movimento de fase.
Cargas capacitivas e indutivas
A principal diferença entre reativo (capacitivo e indutivo) cargas - a presença, de fato, de capacitância e indutância, que tendem a armazenar energia e depois fornecê-la à rede.
Uma carga indutiva converte a energia de uma corrente elétrica primeiro em um campo magnético (durante meio ciclo), e então converte a energia do campo magnético em corrente elétrica e a transmite para a rede. Exemplos são motores de indução, retificadores, transformadores, eletroímãs.
IMPORTANTE! Ao operar uma carga indutiva, a curva de corrente sempre está atrasada em relação à curva de tensão em meio ciclo.
Uma carga capacitiva converte a energia de uma corrente elétrica em um campo elétrico e, em seguida, converte a energia do campo resultante de volta em corrente elétrica.Ambos os processos prosseguem novamente por meio ciclo cada. Exemplos são capacitores, baterias, motores síncronos.
IMPORTANTE! Durante a operação com carga capacitiva, a curva de corrente avança meio ciclo sobre a curva de tensão.
Fator de potência cosφ
Fator de potência cosφ (ler cosseno phi) é uma grandeza física escalar que reflete a eficiência do consumo de energia elétrica. Simplificando, o coeficiente cosφ mostra a presença de uma parte reativa e o valor da parte ativa recebida em relação à potência total.
O coeficiente cosφ é obtido pela razão entre a potência elétrica ativa e a potência elétrica aparente.
NOTA! Em um cálculo mais preciso, as distorções não lineares da senóide devem ser levadas em consideração, porém são desprezadas nos cálculos convencionais.
O valor deste coeficiente pode variar de 0 a 1 (se o cálculo for realizado como uma porcentagem, de 0% a 100%). A partir da fórmula de cálculo, não é difícil entender que quanto maior o seu valor, maior o componente ativo, o que significa que o desempenho do dispositivo é melhor.
O conceito de poder total. Triângulo do Poder
A potência aparente é um valor calculado geometricamente igual à raiz da soma dos quadrados da potência ativa e reativa, respectivamente. Designado com a letra latina S.
Você também pode calcular a potência total multiplicando a tensão e a corrente, respectivamente.
S = U⋅I
IMPORTANTE! A potência aparente é medida em volt-ampères (VA).
O triângulo de potência é uma representação conveniente de todos os cálculos descritos anteriormente e relações entre potência ativa, reativa e aparente.
As pernas refletem os componentes reativos e ativos, a hipotenusa - a potência total. De acordo com as leis da geometria, o cosseno do ângulo φ é igual à razão das componentes ativa e total, ou seja, é o fator de potência.
Como encontrar potência ativa, reativa e aparente. Exemplo de cálculo
Todos os cálculos são baseados nas fórmulas mencionadas anteriormente e no triângulo das potências. Vejamos o problema mais frequentemente encontrado na prática.
Normalmente, os aparelhos elétricos são marcados com potência ativa e o valor do coeficiente cosφ. Com esses dados, é fácil calcular os componentes reativos e totais.
Para fazer isso, dividimos a potência ativa pelo coeficiente cosφ e obtemos o produto da corrente e da tensão. Este será o poder total.
Além disso, com base no triângulo de potência, encontramos a potência reativa igual ao quadrado da diferença entre os quadrados das potências aparente e ativa.
Como cosφ é medido na prática
O valor do coeficiente cosφ geralmente é indicado nas etiquetas dos aparelhos elétricos, no entanto, se for necessário medi-lo na prática, eles usam um dispositivo especializado - medidor de fase. Além disso, um wattímetro digital pode lidar facilmente com essa tarefa.
Se o coeficiente cosφ obtido for suficientemente baixo, então pode ser compensado praticamente. Isso é feito principalmente pela inclusão de dispositivos adicionais no circuito.
- Caso seja necessário corrigir o componente reativo, deve-se incluir um elemento reativo no circuito, atuando de forma oposta ao dispositivo já em funcionamento. Para compensar a operação de um motor de indução, por exemplo, uma carga indutiva, um capacitor é conectado em paralelo. Um eletroímã é conectado para compensar o motor síncrono.
- Se for necessário corrigir problemas de não linearidade, um corretor cosφ passivo é introduzido no circuito, por exemplo, pode ser um indutor de alta indutância conectado em série com a carga.
A energia é um dos indicadores mais importantes dos eletrodomésticos, portanto, saber o que é e como é calculado é útil não apenas para crianças em idade escolar e especialistas em tecnologia, mas também para cada um de nós.
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