Napájení- fyzikální veličina, která se v obecném případě rovná rychlosti změny, transformace, přenosu nebo spotřeby energie systému. V užším slova smyslu se výkon rovná poměru práce vykonané v určitém časovém období k tomuto časovému úseku.

Rozlišujte mezi průměrným výkonem za určité časové období

a okamžitý výkon v tento momentčas:

Integrál okamžitého výkonu za určité časové období se rovná celkové přenesené energii během této doby:

Jednotky. Jednotkou výkonu Mezinárodní soustavy jednotek (SI) je watt, rovný jednomu joulu dělenému sekundou. mechanická pracovní síla el

Další běžnou, ale dnes již zastaralou jednotkou měření výkonu je koňská síla. Mezinárodní organizace pro legální metrologii (OIML) ve svých doporučeních uvádí koňskou sílu jako měrnou jednotku, „která by měla být co nejdříve vyřazena tam, kde se v současnosti používá, a která by neměla být zavedena, pokud se nepoužívá.

Vztahy mezi pohonnými jednotkami (viz Příloha 9).

Mechanická síla. Působí-li na pohybující se těleso síla, pak tato síla působí. Výkon se v tomto případě rovná skalárnímu součinu vektoru síly a vektoru rychlosti, se kterou se těleso pohybuje:

Kde F- platnost, proti- rychlost, - úhel mezi vektorem rychlosti a síly.

Zvláštní případ výkonu při rotačním pohybu:

M- kroutící moment, - úhlová rychlost, - pi, n- rychlost otáčení (otáčky za minutu, ot/min).

Elektrická energie

Mechanická síla. Výkon charakterizuje rychlost, s jakou se práce provádí.

Výkon (N) je fyzikální veličina rovna poměru práce A k časovému úseku t, po který byla tato práce vykonána.

Výkon ukazuje, kolik práce se vykoná za jednotku času.

V mezinárodní soustavě (SI) se jednotka výkonu nazývá Watt (W) na počest anglického vynálezce Jamese Watta (Watt), který sestrojil první parní stroj.

[N] = W = J/s

• 1 W = 1 J / 1 s
• 1 Watt se rovná síle síly, která vykoná 1 J práce za 1 sekundu nebo když se břemeno o hmotnosti 100 g zvedne do výšky 1 m za 1 sekundu.

Sám James Watt (1736-1819) používal jinou jednotku výkonu – koňskou sílu (1 hp), kterou zavedl za účelem srovnání výkonu parního stroje a koně.

1 hp = 735 W.

Výkon jednoho průměrného koně je však asi 1/2 hp, i když koně jsou různí.

„Živé motory“ mohou krátkodobě několikrát zvýšit svůj výkon.

Kůň může zvýšit svou sílu při běhu a skoku až desetinásobně i více.

Při skoku do výšky 1 m vyvine kůň o hmotnosti 500 kg výkon rovný 5 000 W = 6,8 hp.

Předpokládá se, že průměrný výkon člověka při klidné chůzi je přibližně 0,1 hp. tj. 70-90W.

Při běhu a skákání může člověk vyvinout sílu mnohonásobně větší.

Ukazuje se, že nejmocnějším zdrojem mechanické energie je střelná zbraň!

Pomocí děla můžete házet dělovou kouli o hmotnosti 900 kg rychlostí 500 m/s, vyvinout asi 110 000 000 J práce za 0,01 sekundy. Tato práce odpovídá vyzdvižení 75 tun nákladu na vrchol Cheopsovy pyramidy (výška 150 m).

Výkon výstřelu z děla bude 11 000 000 000 W = 15 000 000 hp.

Síla napětí ve svalech člověka se přibližně rovná síle gravitace, která na něj působí.

tento vzorec platí pro rovnoměrný pohyb s konstantní rychlostí a v případě proměnlivého pohybu pro průměrnou rychlost.

Z těchto vzorců je zřejmé, že při konstantním výkonu motoru je rychlost pohybu nepřímo úměrná tažné síle a naopak.

To je základ pro princip fungování převodovky (převodovky) různých vozidel.

Elektrická energie. Elektrický výkon je fyzikální veličina, která charakterizuje rychlost přenosu nebo přeměny elektrické energie. Při studiu sítí střídavý proud, kromě okamžitého výkonu, odpovídající obecné fyzikální definici, se zavádějí i pojmy činný výkon, rovný průměrné hodnotě okamžitého výkonu za určité období, jalový výkon, který odpovídá energii cirkulující bez ztráty od zdroje k spotřebitel a zpět a celkový výkon, vypočtený jako součin efektivních hodnot proudu a napětí bez zohlednění fázového posunu.

U je práce vykonaná při pohybu jednoho coulombu a proud I je počet coulombů procházejících za 1 sekundu. Součin proudu a napětí tedy ukazuje celkovou práci vykonanou za 1 sekundu, tedy elektrický výkon nebo výkon elektrický proud.

Analýzou výše uvedeného vzorce můžeme vyvodit velmi jednoduchý závěr: protože elektrický výkon „P“ stejně závisí na proudu „I“ a na napětí „U“, lze tedy stejný elektrický výkon získat buď s vysokoproudé a nízkoproudé napětí, nebo naopak při vysokém napětí a nízkém proudu (využívá se při přenosu elektřiny na velké vzdálenosti z elektráren do míst spotřeby, pomocí transformace transformátoru na zvyšovacích a klesajících elektrických rozvodnách) .

Činný elektrický výkon (to je výkon, který se nenávratně přeměňuje na jiné druhy energie - tepelnou, světelnou, mechanickou atd.) má svou vlastní měrnou jednotku - W (Watt). To se rovná 1 voltu krát 1 ampéru. V běžném životě a ve výrobě je výhodnější měřit výkon v kW (kilowatty, 1 kW = 1000 W). Elektrárny již využívají větší jednotky – mW (megawatty, 1 mW = 1000 kW = 1 000 000 W).

Jalový elektrický výkon je veličina, která charakterizuje tento typ elektrické zátěže, která vzniká v zařízeních (elektrických zařízeních) kolísáním energie (indukčního a kapacitního charakteru) elektromagnetického pole. Pro konvenční střídavý proud se rovná součinu provozního proudu I a poklesu napětí U o sinus fázového úhlu mezi nimi:

Q = U*I*sin(úhel).

Jalový výkon má svou vlastní jednotku měření zvanou VAR (voltampér reactive). Označuje se písmenem "Q".

Hustota výkonu. Měrný výkon je poměr výkonu motoru k jeho hmotnosti nebo jinému parametru.

Hustota výkonu vozidla. Ve vztahu k automobilům je měrný výkon maximální výkon motoru dělený celkovou hmotností automobilu. Výkon pístového motoru dělený zdvihovým objemem motoru se nazývá litrový výkon. Například litrový výkon benzínových motorů je 30...45 kW/l a u dieselových motorů bez přeplňování - 10...15 kW/l.

Zvýšení měrného výkonu motoru vede v konečném důsledku ke snížení spotřeby paliva, protože není potřeba přepravovat těžký motor. Toho je dosaženo pomocí lehkých slitin, vylepšené konstrukce a posilování (zvýšení rychlosti a kompresního poměru, použití turbodmychadla atd.). Ale tato závislost není vždy pozorována. Zejména těžší vznětové motory mohou být hospodárnější, protože účinnost moderních přeplňovaných dieselových motorů dosahuje až 50 %.

V literatuře se za použití tohoto termínu často uvádí převrácená hodnota kg/hp. nebo kg/kW.

Specifický výkon tanků. Výkon, spolehlivost a další parametry tankových motorů neustále rostly a zlepšovaly se. Pokud se v prvních modelech spokojili v podstatě s automobilovými motory, pak s nárůstem hmotnosti tanků ve dvacátých a čtyřicátých letech. Rozšířily se upravené letecké motory a později speciálně konstruované cisternové dieselové (vícepalivové) motory. Pro zajištění přijatelného jízdního výkonu tanku musí být jeho měrný výkon (poměr výkonu motoru k bojové hmotnosti tanku) minimálně 18-20 hp. S. /T. Měrný výkon některých moderních tanků (viz Příloha 10).

Aktivní výkon. Činný výkon je průměrná hodnota okamžitého výkonu střídavého proudu za určité období:

Činný výkon je veličina, která charakterizuje proces přeměny elektřiny na nějaký jiný druh energie. Jinými slovy, elektrická energie jakoby ukazuje míru spotřeby elektřiny. To je výkon, za který platíme peníze, které se počítají metrem.

Činný výkon lze určit pomocí následujícího vzorce:

Výkonové charakteristiky zátěže lze přesně specifikovat jediným parametrem (činný výkon ve W) pouze pro případ stejnosměrný proud, protože ve stejnosměrném obvodu existuje pouze jeden typ odporu - aktivní odpor.

Výkonové charakteristiky zátěže pro případ střídavého proudu nelze přesně specifikovat jediným parametrem, protože existují dva odlišné typy odpor - aktivní a reaktivní. Proto pouze dva parametry: činný výkon a jalový výkon přesně charakterizují zátěž.

Princip činnosti aktivního a reaktivního odporu je zcela odlišný. Aktivní odpor - nevratně přeměňuje elektrickou energii na jiné druhy energie (tepelnou, světelnou atd.) - příklady: žárovka, elektrický ohřívač.

Reaktance - střídavě ukládá energii a pak ji uvolňuje zpět do sítě - příklady: kondenzátor, induktor.

Činný výkon (rozptýlený aktivním odporem) se měří ve wattech a jalový výkon (cirkulující reaktance) se měří ve vars; Pro charakterizaci výkonu zátěže se také používají další dva parametry: zdánlivý výkon a účiník. Všechny tyto 4 parametry:

Činný výkon: označení P, jednotka: Watt.

Jalový výkon: označení Q, jednotka měření: VAR (Volt Ampere reactive).

Zdánlivý výkon: označení S, jednotka: VA (Volt Ampere).

Účiník: označení k nebo cosФ, měrná jednotka: bezrozměrná veličina.

Tyto parametry souvisejí vztahy:

S*S=P*P+Q*Q, cosФ=k=P/S.

CosФ se také nazývá účiník.

V elektrotechnice jsou proto pro charakterizaci výkonu specifikovány libovolné dva z těchto parametrů, protože zbytek lze nalézt z těchto dvou.

Stejné je to s napájecími zdroji. Jejich výkon (zatížitelnost) je charakterizován jedním parametrem pro stejnosměrné zdroje - činným výkonem (W), a dvěma parametry pro zdroje. AC napájení. Typicky jsou tyto dva parametry zdánlivý výkon (VA) a činný výkon (W).

Většina kancelářských a domácí přístroje, aktivní (žádná nebo malá reaktance), proto se jejich výkon udává ve wattech. V tomto případě se při výpočtu zátěže použije hodnota výkonu UPS ve wattech. Pokud jsou zátěží počítače s napájecími zdroji (PSU) bez korekce vstupního účiníku (APFC), laserová tiskárna, lednice, klimatizace, elektromotor (například ponorné čerpadlo nebo motor jako součást stroje), předřadné zářivky atd. - při výpočtu jsou použity všechny výstupy. Údaje UPS: kVA, kW, charakteristika přetížení atd.

Reaktivní síla. Jalový výkon, způsoby a druhy (prostředky) kompenzace jalového výkonu.

Jalový výkon je část celkového výkonu vynaloženého na elektromagnetické procesy v zátěži, která má kapacitní a indukční složky. Nevystupuje užitečná práce, způsobuje dodatečné zahřívání vodičů a vyžaduje použití zdroje energie se zvýšeným výkonem.

Jalovým výkonem se rozumí technické ztráty v elektrických sítích podle vyhlášky Ministerstva průmyslu a energetiky Ruské federace č. 267 ze dne 4. října 2005.

Za normálních provozních podmínek jsou všichni spotřebitelé elektrické energie, jejichž režim je doprovázen neustálým výskytem elektromagnetických polí (elektromotory, svářecí zařízení, zářivky a mnohem více) zatěžuje síť aktivní i jalovou složkou celkové spotřeby energie. Tato jalová složka výkonu (dále jen jalový výkon) je nezbytná pro provoz zařízení obsahujících značné indukčnosti a zároveň ji lze považovat za nežádoucí přídavnou zátěž sítě.

Při značné spotřebě jalového výkonu se napětí v síti snižuje. V energetických systémech, které mají nedostatek činného výkonu, je úroveň napětí obvykle nižší než jmenovitá. Nedostatečný činný výkon pro dokončení bilance je do takových systémů přenášen ze sousedních energetických systémů, které mají přebytek vyrobeného výkonu. Energetické systémy mají obvykle nedostatečný činný výkon a nedostatečný jalový výkon. Efektivnější je však chybějící jalový výkon ze sousedních elektrizačních soustav nepřenášet, ale generovat v kompenzačních zařízeních instalovaných v dané elektrizační soustavě. Na rozdíl od činného výkonu mohou být jalový výkon generovány nejen generátory, ale také kompenzačními zařízeními - kondenzátory, synchronními kompenzátory nebo statickými zdroji jalového výkonu, které lze instalovat na rozvodnách elektrické sítě.

Kompenzace jalového výkonu, je v současnosti důležitým faktorem při řešení problematiky úspory energie a snižování zátěže elektrické sítě. Podle odhadů domácích i předních zahraničních odborníků zaujímá podíl energetických zdrojů, a zejména elektřiny, významnou část nákladů na výrobu. To je dostatečně silný argument na to, abychom seriózně přistoupili k analýze a auditu podnikové spotřeby energie, vývoji metodiky a hledání prostředků pro kompenzaci jalového výkonu.

Kompenzace jalového výkonu. Prostředky kompenzace jalového výkonu. Indukční jalové zátěži vytvářené elektrickými spotřebiči lze čelit kapacitní zátěží připojením přesně dimenzovaného kondenzátoru. To snižuje jalový výkon odebíraný ze sítě a nazývá se korekce účiníku nebo kompenzace jalového výkonu.

Výhody použití kondenzátorových jednotek jako prostředku kompenzace jalového výkonu:

• · nízké měrné ztráty činného výkonu (vlastní ztráty moderních nízkonapěťových kosinusových kondenzátorů nepřesahují 0,5 W na 1000 VAr);
• · žádné rotující části;
• · jednoduchá instalace a obsluha (není nutný základ);
• · relativně nízké kapitálové investice;
• · možnost volby libovolného požadovaného kompenzačního výkonu;
• · Možnost instalace a připojení v libovolném místě elektrické sítě;
• · žádný hluk během provozu;
• · nízké provozní náklady.

V závislosti na připojení kondenzátorové jednotky jsou možné následující typy kompenzace:

• 1. Individuální nebo konstantní kompenzace, při které je induktivní jalový výkon kompenzován přímo v místě svého vzniku, což vede k odlehčení přívodních vodičů (u jednotlivých spotřebičů pracujících v trvalém režimu s konstantním nebo relativně vysokým výkonem - asynchronní motory, transformátory, svářeči, výbojky atd.).
• 2. Skupinová kompenzace, při které je obdobně jako u individuální kompenzace pro více současně pracujících indukčních spotřebičů zapojen společný konstantní kondenzátor (u blízko sebe umístěných elektromotorů skupiny výbojek). Zde se také vykládá přívodní potrubí, ale pouze před distribucí jednotlivým spotřebitelům.
• 3. Centralizovaná kompenzace, ve které je určitý počet kondenzátorů připojen k hlavní nebo skupinové rozvodné skříni. Taková kompenzace se obvykle používá ve velkých elektrických systémech s proměnným zatížením. Takováto instalace kondenzátoru je řízena elektronickým regulátorem - regulátorem, který neustále analyzuje spotřebu jalového výkonu ze sítě. Takové regulátory zapínají nebo vypínají kondenzátory, pomocí kterých je kompenzován okamžitý jalový výkon celkové zátěže a tím se snižuje celkový výkon odebíraný ze sítě.

Ahoj! Pro výpočet fyzikální veličiny zvané výkon používají vzorec, kde se fyzikální veličina - práce - vydělí dobou, po kterou byla tato práce vykonána.

Vypadá to takto:

P, W, N=A/t, (W=J/s).

V závislosti na učebnicích a částech fyziky může být síla ve vzorci označena písmeny P, W nebo N.

Nejčastěji se energie využívá v oborech fyziky a vědy, jako je mechanika, elektrodynamika a elektrotechnika. V každém případě má výkon svůj vlastní vzorec pro výpočet. Liší se také u střídavého a stejnosměrného proudu. Pro měření výkonu se používají wattmetry.

Nyní víte, že výkon se měří ve wattech. V angličtině je watt watt, mezinárodní označení je W, ruská zkratka je W. To je důležité si zapamatovat, protože tento parametr mají všechny domácí spotřebiče.

Výkon je skalární veličina, není to vektor, na rozdíl od síly, která může mít směr. V mechanice lze obecnou formu mocninného vzorce zapsat takto:

P=F*s/t, kde F=A*s,

Ze vzorců je vidět, jak místo A dosadíme sílu F vynásobenou dráhou s. Výsledkem je, že výkon v mechanice lze zapsat jako sílu vynásobenou rychlostí. Například auto s určitým výkonem je nuceno snížit rychlost při jízdě do kopce, protože to vyžaduje větší sílu.

Průměrný lidský výkon je 70-80 W. Síla automobilů, letadel, lodí, raket a průmyslových závodů se často měří v koňských silách. Koňská síla se používala dlouho předtím, než byly zavedeny watty. Jedna koňská síla se rovná 745,7 W. Navíc v Rusku se uznává, že l. S. rovných 735,5 W.

Pokud se vás náhle o 20 let později v rozhovoru mezi kolemjdoucími zeptáte na výkon a vzpomenete si, že výkon je poměr práce A vykonané za jednotku času t. Dá-li se to říct, příjemně překvapte dav. Ve skutečnosti je v této definici hlavní věcí, kterou je třeba si zapamatovat, že dělitelem je zde práce A a děličem je čas t. Výsledkem je, že máme práci a čas a vydělíme první druhým druhým, získáme dlouho očekávanou sílu.

Při výběru v obchodech je důležité věnovat pozornost výkonu zařízení. Čím výkonnější konvice, tím rychleji ohřeje vodu. Výkon klimatizace určuje, jak velký prostor dokáže ochladit, aniž by extrémně zatěžovala motor. Čím větší je výkon elektrospotřebiče, tím více proudu odebírá, tím více elektřiny spotřebuje a tím vyšší bude účet za elektřinu.

Obecně je elektrický výkon určen vzorcem:

kde I je proud, U je napětí

Někdy se dokonce měří ve voltampérech, psaných jako V*A. Celkový výkon se měří ve voltampérech a pro výpočet činného výkonu je potřeba celkový výkon vynásobit koeficientem výkonu (účinnosti) zařízení, pak získáme činný výkon ve wattech.

Spotřebiče jako klimatizace, lednička nebo žehlička často fungují cyklicky, zapínají se a vypínají z termostatu a jejich průměrný výkon za celkovou dobu provozu může být malý.

V obvodech střídavého proudu existují kromě pojmu okamžitého výkonu, který se shoduje s obecným fyzickým výkonem, výkony činné, jalové a zdánlivé. Zdánlivý výkon se rovná součtu činných a jalových výkonů.

K měření výkonu se používají elektronické přístroje - wattmetry. Jednotka měření, Watt, dostala své jméno na počest vynálezce vylepšeného parního stroje, který způsobil revoluci v tehdejších elektrárnách. Díky tomuto vynálezu se urychlil rozvoj průmyslové společnosti, objevily se vlaky, parníky a továrny, které využívaly sílu parního stroje k pohybu a výrobě produktů.

S pojmem moc jsme se všichni setkali mnohokrát. Například různá auta mají různý výkon motoru. Také elektrické spotřebiče mohou mít různé úrovně výkonu, i když mají stejný účel.

Výkon je fyzikální veličina charakterizující rychlost práce.

resp. mechanická síla je fyzikální veličina, která charakterizuje rychlost mechanické práce:

To znamená, že výkon je práce za jednotku času.

Výkon v soustavě SI se měří ve wattech: [ N] = [W].

1 W je 1 J práce vykonané za 1 s.

Existují další jednotky měření výkonu, například koňská síla:

Právě v koňských silách se výkon motoru automobilu měří nejčastěji.

Vraťme se ke vzorci pro výkon: Známe vzorec, podle kterého se práce počítá: Proto můžeme změnit uspořádání výrazu pro sílu:

Potom ve vzorci vytvoříme poměr modulu posunutí k časovému období. Toto je, jak víte, rychlost:

Všimněte si, že ve výsledném vzorci používáme modul rychlosti, protože jsme nerozdělili pohyb samotný, ale jeho modul časem. Tak, výkon je roven součinu modulu síly, modulu rychlosti a kosinu úhlu mezi jejich směry.

To je zcela logické: řekněme, výkon pístu lze zvýšit zvýšením síly jeho působení. Použitím větší síly vykoná za stejnou dobu více práce, to znamená, že zvýší výkon. Ale i když necháme sílu konstantní a přimějeme píst k rychlejšímu pohybu, nepochybně to zvýší práci vykonanou za jednotku času. V důsledku toho se výkon zvýší.

Příklady řešení problémů.

Úkol 1. Výkon motocyklu je 80 koní. Při pohybu po vodorovném úseku dosahuje motocyklista rychlosti 150 km/h. Motor přitom pracuje na 75 % svého maximálního výkonu. Určete třecí sílu působící na motocykl.

Úkol 2. Stíhačka pod vlivem stálé přítlačné síly směřující pod úhlem 45° k horizontu zrychluje ze 150 m/s na 570 m/s. Zároveň se vertikální a horizontální rychlost stíhačky v každém okamžiku zvyšuje o stejnou hodnotu. Hmotnost stíhačky je 20 tun Pokud stíhačka zrychluje po dobu jedné minuty, jaký je výkon jejího motoru?

Pokud potřebujete převést pohonné jednotky do jednoho systému, budete potřebovat naši přestavbu napájení - online převodník. A níže si můžete přečíst, jak se měří výkon.

to znamená, že součinem vektorů síly a rychlosti pohybu je síla. Jak se to měří? Podle mezinárodní soustavy SI je jednotkou měření této veličiny 1 Watt.

Watt a další pohonné jednotky

Watt znamená výkon, kdy se za jednu sekundu vykoná jeden joul práce. Poslední jednotka byla pojmenována po Angličanovi J. Wattovi, který vynalezl a sestrojil první parní stroj. Použil ale jinou veličinu – koňskou sílu, která se používá dodnes. Jedna koňská síla je přibližně rovných 735,5 wattu.

Výkon se tedy kromě wattů měří v metrických koňských silách. A pro velmi malou hodnotu se používá i Erg, rovný deseti až mínus sedmé mocnině Wattu. Je také možné měřit v jedné jednotce hmotnosti/síly/metrů za sekundu, což se rovná 9,81 Wattu.

Výkon motoru

Tato hodnota je jednou z nejdůležitějších u každého motoru, který přichází v širokém rozsahu výkonu. Například elektrický holicí strojek má setiny kilowattu a raketa kosmické lodi miliony.

Různé zátěže vyžadují různý výkon k udržení určité rychlosti. Automobil například ztěžkne, pokud do něj vložíte více nákladu. Potom se třecí síla na vozovce zvýší. Pro udržení stejné rychlosti jako v nezatíženém stavu bude tedy zapotřebí více energie. V souladu s tím bude motor spotřebovávat více paliva. Tuto skutečnost znají všichni řidiči.

Ale při vysokých rychlostech je důležitá i setrvačnost stroje, která je přímo úměrná jeho hmotnosti. Zkušení řidiči, kteří si tuto skutečnost uvědomují, najdou při jízdě nejlepší kombinaci paliva a rychlosti tak, aby spotřebovali méně benzínu.

Aktuální výkon

Jak se měří aktuální výkon? Ve stejné jednotce SI. Lze ji měřit přímou nebo nepřímou metodou.

První metoda je realizována pomocí wattmetru, který spotřebovává značnou energii a silně zatěžuje zdroj proudu. Může být použit k měření deseti wattů nebo více. Nepřímá metoda se používá, když je potřeba měřit malé hodnoty. Přístroji k tomu jsou ampérmetr a voltmetr připojené ke spotřebiteli. Vzorec v tomto případě bude vypadat takto:

Se známým odporem zátěže změříme proud, který jím protéká, a zjistíme výkon takto:

P = I 2 ∙ R n.

Pomocí vzorce P = I 2 /R n lze také vypočítat aktuální výkon.

Jak se měří v síti třífázového proudu, také není žádným tajemstvím. K tomu se používá již známé zařízení - wattmetr. Navíc problém měření elektrické energie lze vyřešit pomocí jednoho, dvou nebo dokonce tří zařízení. Například čtyřvodičová instalace by vyžadovala tři zařízení. A pro třívodič s asymetrickým zatížením - dva.

Elektrická energie- fyzikální veličina charakterizující rychlost přenosu nebo přeměny elektrické energie.

Encyklopedický YouTube

1 / 5

✪ Lekce 363. Napájení ve střídavém obvodu

✪ Aktivní, jalový a zdánlivý výkon. Co to je, pomocí vizuální analogie jako příkladu.

✪ Práce a síla elektrického proudu. Aktuální práce | Fyzika 8. třída #19 | Informační lekce

✪ Jaký je rozdíl mezi VOLTAGE a CURRENT

✪ Watt Joule a koňská síla

titulky

Okamžitý elektrický výkon

Okamžitý výkon je součin okamžitých hodnot napětí a proudu v jakékoli části elektrického obvodu.

DC napájení

Protože hodnoty proudu a napětí jsou konstantní a rovné okamžitým hodnotám, lze výkon vypočítat pomocí vzorce:

P = I ⋅ U (\displaystyle P=I\cdot U) .

Pro pasivní lineární obvod, ve kterém je dodržen Ohmův zákon, můžeme napsat:

P = I 2 ⋅ R = U 2 R (\displaystyle P=I^(2)\cdot R=(\frac (U^(2))(R))), Kde R (\displaystyle R)- elektrický odpor .

Pokud obvod obsahuje zdroj EMF, pak elektrický výkon, který vydává nebo absorbuje, se rovná:

P = I ⋅ E (\displaystyle P=I\cdot (\mathcal (E))), Kde E (\displaystyle (\mathcal (E)))- EMF.

Pokud je proud uvnitř EMF opačný než potenciálový gradient (teče uvnitř EMF od plus do mínus), pak je výkon absorbován zdrojem EMF ze sítě (například když běží elektromotor nebo se nabíjí baterie), pokud je souměrná (teče uvnitř EMF od mínus do plus), pak je vydávána zdrojem do sítě (řekněme při provozu galvanické baterie nebo generátoru). Při zohlednění vnitřního odporu zdroje EMF je na něm uvolněný výkon p = I 2 ⋅ r (\displaystyle p=I^(2)\cdot r) přidáno k tomu, co je absorbováno nebo odečteno od toho, co je dáno.

Napájení střídavým proudem

Ve střídavých obvodech lze vzorec pro stejnosměrný výkon použít pouze k výpočtu okamžitého výkonu, který se v průběhu času velmi mění a není příliš přímo užitečný pro většinu jednoduchých praktických výpočtů. Přímý výpočet průměrného výkonu vyžaduje integraci v čase. Pro výpočet výkonu v obvodech, kde se napětí a proud periodicky mění, lze průměrný výkon vypočítat integrací okamžitého výkonu za dané období. V praxi má největší význam výpočet výkonu v obvodech střídavého sinusového napětí a proudu.

Aby bylo možné spojit pojmy celkový, činný, jalový výkon a účiník, je vhodné obrátit se na teorii komplexních čísel. Můžeme předpokládat, že výkon v obvodu střídavého proudu je vyjádřen komplexním číslem tak, že činný výkon je jeho reálná část, jalový výkon je jeho imaginární částí, celkový výkon je jeho modul a úhel (fázový posun) je jeho argument. Pro takový model platí všechny níže uvedené vztahy.

Aktivní výkon

.

Jalový výkon je veličina charakterizující zátěže vzniklé v elektrických zařízeních kolísáním energie elektromagnetického pole v sinusovém obvodu střídavého proudu, rovna součinu efektivních hodnot napětí U (\displaystyle U) a aktuální Já (\displaystyle I), vynásobené sinem fázového úhlu φ (\displaystyle \varphi ) mezi nimi: Q = U ⋅ I ⋅ sin ⁡ φ (\displaystyle Q=U\cdot I\cdot \sin \varphi )(pokud proud zaostává za napětím, je fázový posun považován za kladný, pokud vede, je záporný). Jalový výkon souvisí se zdánlivým výkonem S (\displaystyle S) a aktivní výkon P (\displaystyle P) poměr: | Q | = S 2 − P 2 (\displaystyle |Q|=(\sqrt (S^(2)-P^(2)))).

Fyzikální význam jalového výkonu je energie čerpaná ze zdroje do jalových prvků přijímače (tlumivky, kondenzátory, vinutí motoru) a poté vrácena těmito prvky zpět do zdroje během jedné periody oscilace, vztažené k této periodě.

Je třeba poznamenat, že hodnota pro hodnoty φ (\displaystyle \varphi ) 0 až plus 90° je kladná hodnota. Velikost sin ⁡ φ (\displaystyle \sin \varphi ) pro hodnoty φ (\displaystyle \varphi ) 0 až -90° je záporná hodnota. Podle vzorce Q = U I sin ⁡ φ (\displaystyle Q=UI\sin \varphi ) jalový výkon může být buď kladná hodnota (pokud je zátěž aktivní-indukční povahy) nebo záporná (pokud je zátěž aktivní-kapacitní povahy). Tato okolnost zdůrazňuje skutečnost, že jalový výkon se nepodílí na provozu elektrického proudu. Když má zařízení kladný jalový výkon, je zvykem říkat, že jej spotřebovává, a když produkuje záporný výkon, vyrábí jej, ale to je čistě konvence vzhledem k tomu, že většina zařízení spotřebovávajících energii (například asynchronní motory), stejně jako čistě aktivní zátěže připojené přes transformátor, jsou aktivní-indukční.

Synchronní generátory instalované v elektrárnách mohou vyrábět i spotřebovávat jalový výkon v závislosti na velikosti budícího proudu protékajícího vinutím rotoru generátoru. Díky této vlastnosti synchronních elektrických strojů je regulována stanovená úroveň síťového napětí. Pro odstranění přetížení a zlepšení účiníku elektroinstalace jalový výkon je kompenzován.

Využití moderních elektrických měřicích převodníků v mikroprocesorové technologie umožňuje přesnější posouzení množství energie vrácené z indukčních a kapacitních zátěží do zdroje střídavého napětí.

Plná síla

Jednotkou celkového elektrického výkonu je voltampér (ruské označení: VA; mezinárodní: V·A) .

Zdánlivý výkon - hodnota rovna součinu efektivních hodnot periodického elektrického proudu Já (\displaystyle I) v obvodu a napětí U (\displaystyle U) na jeho svorkách: S = U ⋅ I (\displaystyle S=U\cdot I); souvisí s činným a jalovým výkonem v poměru: S = P 2 + Q 2, (\displaystyle S=(\sqrt (P^(2)+Q^(2))),) Kde P (\displaystyle P)- aktivní výkon, Q (\displaystyle Q)- jalový výkon (s indukční zátěží Q > 0 (\displaystyle Q>0) a s kapacitní Q< 0 {\displaystyle Q<0} ).

Vektorový vztah mezi celkovým, činným a jalovým výkonem je vyjádřen vzorcem: S⟶ = P⟶ + Q⟶. (\displaystyle (\stackrel (\longrightarrow )(S))=(\stackrel (\longrightarrow )(P))+(\stackrel (\longrightarrow )(Q)).)Komplexní síla

Výkon, podobně jako impedance, lze zapsat ve složité formě:

S ˙ = U ˙ I ˙ ∗ = I 2 Z = U 2 Z ∗ , (\displaystyle (\tečka (S))=(\tečka (U))(\tečka (I))^(*)=I^ (2)\mathbb (Z) =(\frac (U^(2))(\mathbb (Z) ^(*))),) Kde U ˙ (\displaystyle (\tečka (U)))- komplexní stres, Já ˙ (\displaystyle (\tečka (I)))- komplexní proud, Z (\displaystyle \mathbb (Z) )- impedance, * - operátor komplexní konjugace.

Komplexní napájecí modul | S˙ | (\displaystyle \left|(\tečka (S))\right|) rovný plnému výkonu S (\displaystyle S). Skutečná část R e (S ˙) (\displaystyle \mathrm (Re) ((\dot (S)))) rovný činnému výkonu P (\displaystyle P) a imaginární Já jsem (S ˙) (\displaystyle \mathrm (Im) ((\tečka (S))))- reaktivní síla Q (\displaystyle Q) se správným znaménkem v závislosti na charakteru nákladu. Výkon některých elektrických spotřebičů

Tabulka ukazuje hodnoty výkonu některých elektrických spotřebičů:

Elektrický spotřebič	Výkon, W
žárovka na baterku	1
síťový router, rozbočovač	10…20
Systémová jednotka PC	100…1700
serverová systémová jednotka	200…1500
PC monitor CRT	15…200
LCD monitor PC	2…40
domácí zářivka	5…30
domácí žárovka	25…150
Chladnička pro domácnost	15…700
Elektrický vysavač	100… 3000
Elektrické železo	300…2 000
Pračka	350…2 000
Elektrický sporák	1 000…2 000
Svařovací stroj pro domácnost	1 000…5 500
Tramvajový motor	45 000…50 000
Elektrický motor lokomotivy	650 000
Elektromotor důlního těžního stroje	1 000 000...5 000 000
Elektromotory válcovací stolice	6 000 000…9 000 000

Pojem výkon (M) je spojen s produktivitou konkrétního mechanismu, stroje nebo motoru. M lze definovat jako množství práce vykonané za jednotku času. To znamená, že M se rovná poměru práce k času strávenému na jeho realizaci. V obecně uznávaném mezinárodním systému jednotek (SI) je běžnou jednotkou měření M watt. Spolu s tím zůstává výkon (hp) stále alternativním ukazatelem pro M. V mnoha zemích světa je zvykem měřit M spalovacích motorů v hp a M elektromotorů ve wattech.

Odrůdy EIM

S rozvojem vědeckého a technického pokroku se objevilo velké množství různých jednotek měření výkonu (PMU). Mezi ty, které jsou dnes žádané, patří W, kgsm/s, erg/s a hp. Aby se předešlo zmatkům při přechodu z jednoho měřicího systému na druhý, byla sestavena následující tabulka EIM, ve které se měří skutečný výkon.

Tabulky vztahů mezi EIM

EIM	W	kgsm/s	erg/s	hp
1 W	1	0,102	10^7	1,36 x 10^-3
1 kiloW	10^3	102	10^10	1,36
1 megaW	10^6	102 x 10^3	10^13	1,36 x 10^3
1 kg cm za sekundu	9,81	1	9,81 x 10^7	1,36 x 10^-2
1 erg za sekundu	10^-7	1,02 x 10^-8	1	1,36 x 10^-10
1 hp	735,5	75	7,355 x 10^9	1

Měření M v mechanice

Všechna tělesa v reálném světě se uvádějí do pohybu silou, která na ně působí. Účinek jednoho nebo více vektorů na těleso se nazývá mechanická práce (P). Například tažná síla automobilu jej uvádí do pohybu. Tím se dosáhne mechanického R.

Z vědeckého hlediska je P fyzikální veličina „A“, určená součinem velikosti síly „F“, vzdálenosti pohybu tělesa „S“ a kosinusu úhlu mezi vektory tyto dvě veličiny.

Pracovní vzorec vypadá takto:

A = F x S x cos (F, S).

M "N" v tomto případě bude určeno poměrem množství práce k časovému úseku "t", během kterého síly na těleso působily. Proto vzorec definující M bude:

Mechanický motor M

Fyzikální veličina M v mechanice charakterizuje schopnosti různých motorů. U automobilů je M motoru určeno objemem spalovacích komor na kapalné palivo. M motoru je práce (množství vyrobené energie) za jednotku času. Během svého provozu motor přeměňuje jeden druh energie na jiný potenciál. V tomto případě motor přeměňuje tepelnou energii ze spalování paliva na kinetickou energii rotačního pohybu.

Je důležité vědět! Hlavním ukazatelem motoru M je maximální točivý moment.

Je to moment, který vytváří tažnou sílu motoru. Čím vyšší je tento indikátor, tím větší je M jednotky.

U nás se M pohonné jednotky počítají v koňských silách. Existuje celosvětový trend výpočtu M ve W. Nyní je výkonová charakteristika uvedena v dokumentaci ve dvou rozměrech najednou v hp. a kilowatty. V jaké jednotce měřit M určuje výrobce silových elektrických a mechanických instalací.

M elektřina

Elektrický M je charakterizován rychlostí přeměny elektrické energie na mechanickou, tepelnou nebo světelnou energii. Podle mezinárodního systému SI je watt EIM, ve kterém se měří celkový výkon elektřiny.