Jak zjistit výkon ve střídavém obvodu

Střídavé napájení není totéž jako stejnosměrné napájení. Každý ví, že stejnosměrný proud je schopen ohřívat aktivní zátěž R. A pokud obvod obsahující kondenzátor C začnete napájet stejnosměrným proudem, jakmile se nabije, tento kondenzátor již obvodem nepropustí žádný proud.

Cívka L ve stejnosměrném obvodu se obvykle může chovat jako magnet, zvláště pokud obsahuje feromagnetické jádro. V tomto případě se vodič cívky s aktivním odporem nebude nijak lišit od rezistoru R zapojeného do série s cívkou (a stejné hodnoty jako ohmický odpor vodiče cívky).

Ať tak či onak, ve stejnosměrném obvodu, kde zátěž tvoří pouze pasivní prvky, přechodné procesy končí téměř jakmile začne krmit a už se neukazují.

Střídavý proud a jalové prvky

Pokud jde o obvod střídavého proudu, jsou v něm nejdůležitější, ne-li rozhodující, přechodové jevy a každý prvek takového obvodu schopný nejen odvádět energii ve formě tepla nebo mechanické práce, ale také schopný nejméně akumulovaná energie ve formě elektrického nebo magnetického pole ovlivní proud a způsobí jakousi nelineární odezvu, závislou nejen na amplitudě použitého napětí, ale také na frekvenci procházejícího proudu.

Při střídavém proudu se tedy výkon nejen odvádí ve formě tepla na aktivní prvky, ale část energie se postupně akumuluje a poté se vrací zpět do zdroje energie. To znamená, že kapacitní a indukční prvky odolávají průchodu střídavého proudu.

V okruhu sinusový střídavý proud Kondenzátor se nejprve nabíjí po polovinu periody a během další poloviny periody se vybíjí a vrací náboj zpět do sítě, a tak dále každou polovinu periody sinusovky sítě. Induktor ve střídavém obvodu vytváří magnetické pole během první čtvrtiny periody a během další čtvrtiny tohoto magnetického pole klesá, energie ve formě proudu se vrací zpět do zdroje. Takto se chovají čistě kapacitní a čistě indukční zátěže.

Při čistě kapacitní zátěži vede proud při trigonometrickém pohledu před napětím o čtvrtinu periody síťové sinusovky, tedy o 90 stupňů (když napětí v kondenzátoru dosáhne maxima, proud jím je nulový a když napětí začne míjet nulu, proud v zátěžovém obvodu bude maximální).

Při čistě indukční zátěži se proud opožďuje za napětím o 90 stupňů, to znamená, že se zpožďuje o čtvrtinu sinusové periody (když je napětí aplikované na indukčnost maximální, proud se teprve začne zvyšovat). Pro čistě aktivní zátěž za sebou proud a napětí v žádném okamžiku nezaostávají, to znamená, že jsou striktně ve fázi.

Celkový, jalový a činný výkon, účiník

Ukazuje se, že pokud zátěž v obvodu střídavého proudu není dokonale aktivní, pak jsou v něm nutně přítomny reaktivní složky: ty s indukční složkou vinutí transformátorů a elektrických strojů, kondenzátory a další kapacitní prvky s kapacitní složkou, i jen indukčnost vodičů atd. .n.

Výsledkem je, že ve střídavém obvodu jsou napětí a proud mimo fázi (nejsou ve stejné fázi, což znamená, že jejich maxima a minima se neshodují s maximem — s maximem a minimum s minimem přesně) a vždy dochází k určitému zpoždění proudu od napětí o určitý úhel, který se obvykle nazývá phi. A nazývá se velikost kosinus fí faktor síly, protože kosinus fí je vlastně poměr činného výkonu R, nenávratně spotřebovaného v zátěžovém obvodu, k celkovému výkonu S, který nutně projde zátěží.

Zdroj střídavého napětí dodává celkový výkon S do zátěžového obvodu, část tohoto celkového výkonu se vrací každou čtvrtinu periody zpět do zdroje (ta část, která se vrací a putuje tam a zpět, se nazývá reaktivní složka Q), a část se spotřebovává ve formě činného výkonu P — ve formě tepla nebo mechanické práce.

Aby zátěž obsahující reaktivní prvky fungovala tak, jak má, musí být napájena zdrojem elektrické energie na plný výkon.

Jak vypočítat zdánlivý výkon ve střídavém obvodu

Pro měření celkového výkonu S zátěže v obvodu střídavého proudu stačí vynásobit proud I a napětí U, respektive jejich průměrné (efektivní) hodnoty, které lze snadno změřit střídavým voltmetrem a ampérmetrem ( tato zařízení vykazují přesně průměrnou efektivní hodnotu, která je pro dvouvodičovou jednofázovou síť menší než amplituda 1,414 krát). Tímto způsobem budete vědět, kolik energie jde ze zdroje do přijímače. Průměrné hodnoty se berou, protože v konvenční síti je proud sinusový a potřebujeme získat přesnou hodnotu spotřebované energie každou sekundu.

Jak vypočítat činný výkon ve střídavém obvodu

Pokud je zátěž čistě aktivní povahy, například se jedná o topnou spirálu z nichromu nebo žárovku, pak můžete jednoduše vynásobit hodnoty ampérmetru a voltmetru, bude to aktivní spotřeba P. Ale pokud zátěž má aktivní-reaktivní povahu, pak výpočet bude potřebovat znát kosinus fí, tj. účiník.

Speciální elektrický měřicí přístroj — fázový měřič, vám umožní přímo měřit kosinus fí, tedy získat číselnou hodnotu účiníku. Při znalosti kosinus fí zbývá vynásobit ho celkovým výkonem S, jehož způsob výpočtu je popsán v předchozím odstavci. To bude činný výkon, aktivní složka energie spotřebované sítí.

Jak vypočítat jalový výkon

K nalezení jalového výkonu stačí použít důsledek Pythagorovy věty, nastavit mocninný trojúhelník nebo jednoduše vynásobit celkový výkon sinusoidou.