Elektrisk strøm

Elektrisk kraft er hastigheten per tidsenhet, eller hastighet, som elektrisk energi overføres med av en elektrisk krets , det vil si mengden elektrisk energi som leveres eller absorberes av et element på et gitt tidspunkt. Enheten i International System of Units er watt eller watt (W).

Når en elektrisk strøm flyter i en hvilken som helst krets, kan den overføre energi ved å utføre mekanisk eller termodynamisk arbeid. Enheter konverterer elektrisk energi på mange nyttige måter, for eksempel varme , lys ( glødelampe ), bevegelse ( elektrisk motor ), lyd ( høyttaler ) eller kjemiske prosesser . Elektrisitet kan produseres mekanisk eller kjemisk ved generering av elektrisk energi , eller også ved transformasjon av lys i fotoelektriske celler . Til slutt kan det lagres kjemisk i batterier.

Elektrisk spenning kan defineres som arbeidet per ladningsenhet som utøves av det elektriske feltet på en ladet partikkel for å flytte den mellom to gitte posisjoner. Spenningen er uavhengig av banen som går av ladningen og avhenger utelukkende av det elektriske potensialet mellom to punkter i det elektriske feltet.

Kraftteori i likestrøm

Når det gjelder likestrøm (DC), er den elektriske kraften som utvikles på et bestemt øyeblikk av en to-terminal enhet produktet av potensialforskjellen mellom nevnte terminaler og intensiteten til strømmen som går gjennom enheten. Av denne grunn er kraft proporsjonal med strøm og spenning. Det er,

( 1 ) $P={\frac {dw}{dt}}={\frac {dw}{dq}}\cdot {\frac {dq}{dt}}=U\cdot I\,$

hvor I er den øyeblikkelige verdien av strømintensiteten og U er den øyeblikkelige verdien av spenningen. Hvis I uttrykkes i ampere og U i volt(V) , vil P uttrykkes i watt ( watt )(W). Den samme definisjonen gjelder når man vurderer gjennomsnittsverdier for I , U og P .

Når enheten er en R - verdi motstand eller den ekvivalente motstanden til enheten kan beregnes, kan effekten også beregnes som,

( 2 ) $P=R\cdot I^{2}={U^{2} \over R}$

husk at jo høyere motstand, jo lavere er strømmen fordi de er to proporsjonalt inverse størrelser.

Klassisk teori om kraft i vekselstrøm

Strøm i enfasesystemer

Når det gjelder sinusformet vekselstrøm (AC), er den gjennomsnittlige elektriske effekten utviklet av en to-terminal enhet en funksjon av rms eller rotmiddelverdiene, potensialforskjellen mellom terminalene og intensiteten til strømmen som flyter. gjennom enheten.

Hvis en sinusformet spenning med vinkelhastighet og toppverdi av formen $v(t)\,\!$ $\omega \,\!$ $U_{0}\,\!$

v(t)=U_{0}\cdot \sin(\omega t)\,\!

Dette vil forårsake, i tilfelle av en induktiv krets (mest vanlig tilfelle), en strøm ute av fase med en vinkel i forhold til den påførte spenningen: $Punkt)\,\!$ $\phi \,\!$

i(t)=I_{0}\cdot \sin(\omega t-\phi )\,\!

Hvor, for det rent resistive tilfellet, fasevinkelen kan tas som null.

Den øyeblikkelige kraften vil bli gitt som produktet av de foregående uttrykkene:

p(t)=U_{0}\cdot I_{0}\cdot \sin(\omega t)\cdot \sin(\omega t-\phi )\,\!

Ved å bruke trigonometri kan uttrykket ovenfor transformeres til følgende:

p(t)=U_{0}\cdot I_{0}\cdot {\frac {\cos(\phi )-\cos(2\omega t-\phi )}{2}}\,\ !

Og erstatte toppverdiene med de effektive:

$P(t)=U_{e}\cdot I_{e}\cos(\phi )-U_{e}\cdot I_{e}\cos(2\omega t-\phi )\,\!$

Dermed oppnås en konstant verdi for effekten, og en annen variabel med tiden, . Den første verdien kalles aktiv effekt og den andre fluktuerende eller reaktiv effekt . $UI\cos(\phi )\,\!$ $UI\cos(2\omega t-\phi )\,\!$

Intensitetskomponenter

La oss se på en AC-krets der strømmen og spenningen er ute av fase φ . Den aktive komponenten av strømmen, I a , er definert som den komponenten av strømmen som er i fase med spenningen, og den reaktive komponenten, I r , som den i kvadratur med den (se figur 1). Dens verdier er:

I_{a}=I\cdot \cos \phi \,\!

I_{r}=I\cdot \sin \phi \,\!

Produktet av intensiteten, I , og de av dens aktive komponenter, I a , og reactive, I r , ved spenningen, U , gir som et resultat de tilsynelatende (S) , aktive (P) og reaktive (Q) potenser , henholdsvis:

S={\frac {1}{2}}U\cdot I^{*}=U_{RMS}\cdot I_{RMS}^{*}\,\!

P=I\cdot U\cdot \cos \phi \,\!

Q=I\cdot U\cdot \sin \phi \,\!

Tilsynelatende kraft

Den komplekse kraften til en elektrisk vekselstrømkrets (hvis størrelsen er kjent som tilsynelatende effekt og er identifisert med bokstaven S ), er summen (vektoren) av kraften som kretsen forsvinner og omdannes til varme eller arbeid (kjent som gjennomsnitt ). , aktiv eller reell effekt , som er betegnet med bokstaven P og måles i watt (W)) og effekten som brukes til dannelsen av de elektriske og magnetiske feltene til komponentene, som vil svinge mellom disse komponentene og strømkilden ( kjent som reaktiv effekt , identifisert med bokstaven Q og målt i volt-ampere reaktiv (var)). Dette betyr at den tilsynelatende effekten representerer den totale effekten utviklet i en krets med impedans Z. Forholdet mellom alle de nevnte potensene er:

S^{{2}}=P^{{2}}+Q^{{2}}

Denne tilsynelatende effekten ( S ) er egentlig ikke den "nyttige" kraften, bortsett fra når effektfaktoren er enhet (cos φ=1) , og indikerer at forsyningsnettverket til en krets ikke bare må tilfredsstille energien som forbrukes av de resistive elementene , men også den som skal "lagre" spolene og kondensatorene må også regnes med. Det måles i volt -ampere (VA), selv om kilovolt-ampere (kVA) oftest brukes til å referere til store mengder tilsynelatende kraft.

Formelen for tilsynelatende kraft er:

S=I^{*}\cdot U\,\!

Aktiv kraft, Gjennomsnittlig strømforbruk eller strømabsorbert

Det er kraften som er i stand til å transformere elektrisk energi til arbeid. De forskjellige eksisterende elektriske enhetene konverterer elektrisk energi til andre former for energi som: mekanisk, lys, termisk, kjemisk, etc. Denne kraften er derfor det som faktisk forbrukes av kretsene, og følgelig, når man snakker om elektrisk etterspørsel, er det denne kraften som brukes til å bestemme etterspørselen.

Den er betegnet med bokstaven P og måles i watt —watt— (W) eller kilowatt —kilowatt— (kW) . I følge uttrykket hans, Ohms lov og trekanten av impedanser :

P=I_{e}\cdot U_{e}\cdot \cos \phi =I_{e}\cdot Z\cdot I_{e}\cos \phi =I_{e}^{2}\cdot Z\cdot \cos \phi =I_{e}^{2}\cdot R\,\!

Resultat som indikerer at den aktive effekten skyldes de resistive elementene .

Induktiv reaktiv effekt

Denne kraften verken forbrukes eller genereres i streng forstand (bruken av begrepene "generert reaktiv effekt" og/eller "forbrukt reaktiv effekt" er en konvensjon) og i lineære kretser vises den kun når spoler eller kondensatorer er tilstede. Derfor er det all kraft utviklet i induktive kretser.

Tenk på det ideelle tilfellet at en passiv krets utelukkende inneholder et induktivt element (R = 0; Xc = 0 og Xl ≠ o) som påføres en sinusformet spenning av formen u(t) = Umax * sin w*t. I dette ideelle tilfellet antas spolen å mangle motstand og kapasitet, slik at den kun vil motvirke sin induktive reaktans til variasjoner i kretsens intensitet. I denne tilstanden, når du legger en vekselspenning på spolen, vil den tilsvarende strømintensitetsbølgen resultere med maksimal fasevinkel (90º). Den representative bølgen til nevnte krets er sinusformet, med en frekvens som er dobbelt så stor som strømnettet, med dens symmetriakse sammenfallende med abscissen, og derfor med vekslinger som omslutter positive og negative områder med samme verdi.

Den algebraiske summen av nevnte positive og negative summer gir en null resulterende kraft, et fenomen som er konseptuelt forklart med tanke på at under positive vekslinger tar kretsen energi fra nettverket for å skape magnetfeltet i spolen; mens i de negative vekslingene returnerer kretsen den, og til denne returen skyldes den midlertidige forsvinningen av magnetfeltet. Denne energien som hele tiden går til og fra nettet gir ikke arbeid og kalles "oscillerende energi", tilsvarende kraften som varierer mellom null og verdien (Umax*Imax)/2 i både positiv og negativ retning.

Av denne grunn, for den angitte tilstanden, viser det seg at P = 0, og fordi den eneste opposisjonsfaktoren er den induktive reaktansen til spolen, er den effektive strømmen til kretsen lik:

I rene induktive kretser, til tross for at det ikke er noen aktiv kraft, manifesteres den såkalte "reaktive kraften" av induktiv natur, som er verdt:

I={\frac {U}{X_{L}}}={\frac {U}{2\cdot \pi \cdot f\cdot L}}\,\!

Å være φ = 90º (siden strømmen henger etter spenningen)

Q_{L}=I^{2}\cdot X_{L}\,\!

Reaktiv effekt har en nullmiddelverdi, så den produserer ikke arbeid og sies å være en avwattet effekt (den produserer ikke watt), den måles i reaktive volt -ampere (var) og er betegnet med bokstaven Q.

Ut fra hans uttrykk,

Q=I\cdot U\cdot \sin \phi =I\cdot Z\cdot I\cdot \sin \phi =I^{2}\cdot Z\cdot \sin \phi =I^{2} \cdot X=I^{2}\cdot (X_{L}-X_{C})=S\cdot \sin \phi \,\!

Som bekrefter at denne kraften utelukkende skyldes de reaktive elementene.

Konseptuelt er reaktiv effekt "tur-retur"-effekt; det vil si at når det er elementer som lagrer energi (kondensatorer og spoler), lagrer og returnerer de energi permanent. Problemet er at i «turen» går noe tapt. I en liknelse, som om en buss med 50 seter alltid var opptatt av 30 og bare 20 personer går av og på. Bussen har 20 seter, men forbruker ca. 50. Disse turtapene er det som må unngås ved å kompensere den induktive reaktive effekten med den kapasitive, det som er nærmest forbruk. På denne måten vil vi sikre at denne energien ikke reiser og ingenting går tapt underveis. Dette kalles effektfaktorkompensasjon, som skal være så nær 1 som mulig.

Kapasitiv reaktiv effekt

Det er all kraften som utvikles i en kapasitiv krets. Tatt i betraktning det ideelle tilfellet at en passiv krets inneholder bare én kondensator (R = 0; Xl = 0; Xc ≠ 0) som påføres en sinusformet spenning av formen U(t) = Umax*sin w*t, vil bølgen tilsvarende til strømmen I, som permanent lader og utlader kondensatoren, vil bli 90º fremskreden i forhold til den påførte spenningsbølgen.

Av denne grunn, også i dette tilfellet, har effektverdien som en representativ kurve en sinusformet bølge med en oscillerende verdi mellom verdiene null og (Umax*Imax)/2 i positiv og negativ retning.

Vekslingen av nevnte bølge omslutter positive områder som tilsvarer periodene hvor kondensatorplatene mottar ladningen fra nettverket; negative perioder som angir utladningsøyeblikket av kondensatoren, som er når all den mottatte energien returneres til nettverket. I denne potensen er også den algebraiske summen av de positive og negative områdene null siden disse områdene har lik og motsatt verdi. Den aktive effekten er lik null, og siden den kapasitive reaktansen til kretsen eksisterer som den eneste opposisjonsfaktoren, er den effektive intensiteten som går gjennom den lik:

I={\frac {U}{X_{C}}}=U\cdot 2\cdot \pi \cdot f\cdot C\,\!

Å være φ = 90º (spenningen henger etter strømmen)

I rene kapasitive kretser er det ingen aktiv effekt, men det er reaktiv effekt av kapasitiv karakter som er verdt:

Q_{C}=I^{2}\cdot X_{C}\,\!

Q_{C}=U^{2}/X_{C}\,\!

MERK: I henhold til gjeldende konvensjoner anses denne kapasitive reaktive effekten å ha en negativ verdi (<0) for alle operasjoner relatert til matematiske operasjoner når du arbeider med vekselstrømseffekter.

Kraften til reaktive og in-reaktive belastninger

For å beregne effekten til enkelte typer utstyr som fungerer med vekselstrøm, er det også nødvendig å ta hensyn til verdien av effektfaktoren eller cosinus til phi ( ) som de har. I dette tilfellet finner vi utstyr som fungerer med en reaktiv eller induktiv last, det vil si de enhetene som bruker en eller flere spoler eller spoler av kobbertråd for å fungere, slik tilfellet er for eksempel med elektriske motorer , eller også med klimaanlegg eller lysstoffrør. $cos\phi$

Reaktive eller induktive laster, som har elektriske motorer, har en effektfaktor mindre enn "1" (vanligvis varierer verdien mellom 0,85 og 0,98), for hvilke arbeidseffektiviteten til det aktuelle utstyret og til strømforsyningsnettet avtar når faktoren er langt fra enheten, noe som gir høyere energiforbruk og større økonomiske utgifter.

Strøm i trefasesystemer

Den matematiske representasjonen av den aktive effekten i et balansert trefasesystem (de tre fasespenningene har samme verdi og trefasestrømmene faller også sammen) er gitt av ligningen:

$P_{3}\varphi \ ={\sqrt {3}}\cdot I\cdot U\cdot \cos \Phi \$

Å være linjestrømmen og linjespenningen ( faseverdiene skal ikke brukes for denne ligningen) . For reaktive og tilsynelatende: $Yo$ $v$

$Q_{3}\varphi \ ={\sqrt {3}}\cdot I\cdot U\cdot \sin \Phi \$

$S_{3}\varphi \ ={\sqrt {3}}\cdot I\cdot U\$

Moderne teorier om elektrisk kraft

De var rettet mot å forklare effekten av harmoniske komponenter på elektriske systemer og effekten av asymmetrier i elektrisk kraft. Foreløpig er eksistensen av en forvrengningskraft demonstrert som et resultat av ovenstående som er ortogonal til resten av potensene.

Power term

Krafttiden kan være et fast beløp som strømdistribusjonsselskapet belaster brukeren i strømregningen for den avtalte kraften, uavhengig av energiforbruket. Kraftfaktureringsperioden er et resultat av å multiplisere kraften som skal faktureres i hver tariffperiode med den tilsvarende effektperioden. Det er en modus der strømbegrensningen forsvinner i nattetimer.

Begrepet makt finnes ikke i alle land. I Europa eksisterer den derfor bare i noen sørlige land, og er ikke-eksisterende i de i nord.

Dens eksistens kan være en belastning for utplasseringen av det elektriske kjøretøyet.

Se også

Referanser

1.¨IEEE Power Engineering Society. "IEEE standarddefinisjoner for måling av elektriske kraftmengder under sinusformede, ikke-sinusformede, balanserte eller ubalanserte forhold", USA, 2000.

2.¨León, V. «Energioptimalisering av elektriske installasjoner til industri og husholdning, Spania, 2002.

Eksterne lenker

Wikimedia Commons er vert for et mediegalleri om Electrical Power .
Spansk elektrisk nettverk
Samling av tekniske artikler om elektrisk kraftproduksjon
Forskjeller mellom cosinus til φ og kraftfaktoren
Forklarer elektrisk effekt og watt i detalj (arkiv)