Что такое работа переменного тока

Что такое работа переменного тока

Энергия, поставляемая источником электродвижущей силы во внешнюю цепь, испытывает превращения в другие виды энергии. Если в цепи имеется только активное сопротивление, то вся энергия превращается в тепло, выделяемое на сопротивлении . Между током и напряжением сдвиг фаз отсутствует. Кроме того, в течение малого промежутка времени переменный ток можно рассматривать как постоянный. Поэтому мгновенная мощность, развиваемая переменным током на сопротивлении:

Хотя ток и напряжение бывают как положительными, так и отрицательными, мощность, равная их произведению, всегда положительна. Однако она пульсирует, изменяясь от нуля до максимального значения с частотой, равной удвоенной частоте переменного тока. На рис. 7.12 показана временная зависимость тока, напряжения и мощности переменного тока, выделяемой на активном сопротивлении. Ясно, что средняя передаваемая мощность меньше максимальной и равна половине максимальной мощности. Среднее значение и за период равно . Это можно объяснить следующим образом: , а за полный цикл среднее значение равно среднему значению . Поэтому среднее значение мощности будет равно

Мощность переменного тока

Мы знаем, что в цепях переменного тока между током и напряжением может возникнуть разность фаз.

Как же вычислить мощность переменного тока в этом слу­чае, когда направления радиусов-векторов тока и напряжения не совпадают?

Представим себе, что мы тянем вагонетку с грузом, катя­щуюся по рельсам. Но наши усилия направлены не как обыч­но, вдоль рельсов, а под некоторым углом к ним. Угол между направлением движения вагонетки и направле­нием наших усилий обозначим буквой φ (фи).

Ясно, что при таком способе передвижения вагонетки часть наших сил будет затрачиваться бесполезно, не производя работы, то есть ра­бота не будет равна произведению приложен­ной силы на пройденный путь, как обычно (ра­бота = сила * путь),

а будет меньше этого про­изведения.

Для того чтобы вычислить количество про­изведенной работы, нужно силу, приложенную к вагонетке, разложить на две части или на две составляющие. Это разложение силы сде­лано на рисунке 1. Составляющая силы, направ­ленная вдоль движения, которая называется проекцией силы на направление движения, будет полезной силой, а, составляющая, на­правленная под прямым углом к направлению движения, будет силой бесполезной.

Если стрелка (вектор), изображающая си­лу, вычерчена в масштабе, то, измерив полез­ную составляющую силы, мы можем опреде­лить количество работы: работа = полезная сила * путь.

Теперь обратимся к радиусам-векторам тока и напряжения. Здесь полностью применим тот же самый метод. Мощность переменного тока при разности фаз φ = 0° будет равна половине произведения вектора напряжения Um и вектора тока Im.

Тогда мощность переменного тока, при разности фаз φ не равной нулю, будет равна половине произведения вектора напряжения Um и проекции вектора тока Imп, проецируемого на вектор напряжения (рисунок 2). Как нетрудно видеть, величина проекции зависит, во-первых, от длины проецируемого вектора, а во-вторых, от угла между ним и направлением, на которое он проецируется.

Если обо­значить этот угол буквой φ, то длина проекции будет равна длине проецируемого вектора, умноженной на особый коэф­фициент, характеризующий этот угол, называемый косинусом угла (cos φ ). Значения косинусов различных углов приве­дены в таблице.

Итак, проекция радиуса-вектора равна длине радиуса-вектора, умноженной на cos φ.

И, следовательно, мощность переменного тока равна:

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Переменный ток и его особенности

При постоянном напряжении все просто, ток будет в любой момент времени равен напряжению, разделенному на сопротивление, а мощность – произведению тока на напряжение. С переменным током все гораздо интереснее.

Начнем с того, что сопротивления при переменном токе бывают активные и реактивные. В чем же их отличие?

Активные сопротивления

Активные сопротивления – это резистор, лампочка, любой нагревательный элемент типа электрочайника. Если в цепи переменного тока есть только активные сопротивления, то с ним будет все так же просто, как и с постоянным. А все потому, что ток в каждый момент времени будет считаться по закону Ома, а значит и меняться ток будет синхронно с напряжением, как на графике снизу:

Рисунок 1 — График активного сопротивления.

Реактивные сопротивления

Реактивные сопротивления – это такие элементы, как емкости и индуктивности. В одни моменты они «мешают» току, в другие – наоборот, помогают. Это напоминает попытки идти от берега по дну моря в сильное волнение. Волна то помогает идти, то мешает, но не замедляет продвижения в целом.

Емкостное реактивное сопротивление. Емкость или конденсатор – это элемент, который может заряжаться, запасая электрическое напряжение, а затем отдавать его в цепь. В цепях переменного тока это приводит к тому, что ток начинает «опережать» напряжение. Ведь пока напряжение растет, конденсатор заряжается, и ток в цепи максимален. А когда напряжение достигает максимума, конденсатор уже полностью заряжен и ток будет равен нулю.

Рисунок 2 — График емкостного реактивного сопротивления.

Индуктивное реактивное сопротивление работает наоборот. Индуктивность – это электромагнит, трансформатор, дроссель, электродвигатель, в общем все, где есть катушки или обмотки. Индуктивность обладает инерцией, то есть может запасать ток, а значит, пока напряжение растет, ток еще не разогнался и будет минимальным. А максимума ток достигнет только к моменту, когда напряжение уже пройдет верхнюю точку и начнет снижаться. То есть ток «запаздывает».

Рисунок 3 — График индуктивного реактивного сопротивления.

Таким образом, мы видим, что потребляют мощность от сети безвозвратно только активные потребители. Реактивные же то потребляют, то возвращают энергию в сеть.

Активная, реактивная и полная мощность

Поэтому и мощность различают активную, реактивную и полную.

Полная мощность считается точно так же, как и для постоянного тока и равна произведению тока на напряжение. Поэтому, полная мощность и измеряется в Вольт-Амперах или ВА.Полная мощность состоит из активной и реактивной, а складываются они геометрически в виде треугольника:

Рисунок 4 — Треугольник мощностей.

Активная мощность измеряется в Ваттах (Вт) – это та мощность, которая потребляется непосредственно потребителем и преобразуется в другие виды энергии, такие как тепло, свет, звук, механическая энергия.

Реактивная мощность то потребляется, то возвращается обратно, поэтому бытовые электросчетчики ее не учитывают, однако она тоже «ходит» по проводам, а значит их толщина должна учитывать и эти паразитные токи. К тому же, реактивная мощность, проходя через провода, заставляет их нагреваться, выступая в роли дополнительных активных потребителей.

PF или cosф.

Для определения доли активной мощности в полной, существует величина, называемая cosф, PF или коэффициент мощности. Это косинус того самого фазового угла в треугольнике мощностей, равный активной мощности, разделенной на полную.Чем он ближе к 1, тем меньше реактивной составляющей. Чтобы наглядно представить себе всю эту картинку, представим себе холодненькую кружку с пивом. Если половина общего наливаемого объема – пена, то чтобы выпить 0,5 литра напитка, нам понадобится литровая кружка:

Рисунок 5 — График коэффициента мощности.

Вопросы для самопроверки:

1. Есть электрочайник на 220В, мощностью 2000Вт. Какое для него нужно сечение медного провода?
2. Есть устройство на 220В, потребляющее 3000Вт и имеющее PF=0,7. Хватит ли для его подключения медного провода сечением 1,5мм2? Если нет, то какой провод нужен?

В чем разница между мощностью переменного и постоянного тока

Crystal Nov 16, 2023

В этой статье рассказывается о различиях между мощностью переменного и постоянного тока по напряжению, току и практическому применению.

AC и DC — самые популярные слова, используемые в электротехнической промышленности. Недавно я обнаружил, что во многих сообщениях на форумах многие люди спрашивают, в чем разница между питанием переменного и постоянного тока, поэтому здесь мы обсудим этот вопрос. Надеюсь, эта статья окажется для вас полезной.

1. Что такое мощность переменного тока?

AC — это стандартное сокращение переменного тока, которое относится к электрическому току, который периодически меняет направление и величину. За период времени среднее значение напряжения или тока равно нулю. Обычно формы переменного тока и напряжения имеют синусоидальную форму, а в случаях практического применения также встречаются прямоугольные и треугольные формы сигналов. Мощность переменного тока была впервые изобретена после того, как Майкл Фарадей открыл принцип электромагнитной индукции. В 1832 году Ипполит Пикси изготовил самый первый двигатель переменного тока, основанный на основном принципе изобретения Майкла Фарадея. Переменный ток широко используется в нашей повседневной жизни: все обычные светильники, двигатели и т. д. питаются от переменного тока. Символ переменного тока — «~».

Частота переменного тока означает количество периодических изменений в единицу времени. Его единица измерения — герц (Гц), которая находится в обратной зависимости от обратного цикла. В нашей повседневной жизни обычная частота переменного тока составляет от 50 Гц до 60 Гц, а в радиотехнологиях эта частота может достигать кГц и даже МГц. Частота переменного тока в электроэнергетической системе различна в разных странах: в Америке, Мексике и Канаде частота составляет 60 Гц. А в Китае, Японии, Индии, большинстве европейских стран и т. д. частота сети переменного тока составляет 50 Гц. По этой причине большинство приводов двигателей переменного тока имеют частоту 50 Гц и 60 Гц (преобразователи частоты 50–60 Гц).

2. Что такое мощность постоянного тока?

DC означает постоянный ток, его также называют постоянным током, который обеспечивает постоянное напряжение или ток. Текущий поток мощности постоянного тока не меняет направление, как мощность переменного тока, вместо этого он течет только в одном направлении. Это одно из самых больших различий между питанием переменного и постоянного тока. Источник постоянного тока был впервые изобретен Томасом Альвой Эдисоном в 1880 году, и в то время постоянный ток в основном использовался для питания ламп накаливания. В настоящее время постоянный ток широко используется в различных видах электронных приборов, электролизе, гальванике, электроприводе постоянного тока и т. д.

Постоянный ток может производиться электрохимическими и фотоэлектрическими элементами и батареями. Его можно преобразовать в переменный ток с помощью трансформатора. Цепь постоянного тока представляет собой замкнутый проводящий контур, состоящий из источника постоянного тока и резистора. В цепи постоянного тока он образует постоянное электрическое поле. Электроны формируются из катода, анода и отрицательных полюсов и перемещаются к аноду, катоду и положительному полюсу. Однако физики определяют постоянный ток как движение от положительного к отрицательному.

3. Каковы основные различия между питанием переменного и постоянного тока?

а. Разница в напряжении и токе переменного и постоянного тока:

Энергия переменного тока представляет собой переменный ток с периодическими изменениями напряжения, ток следует направлению, а мощность постоянного тока представляет собой постоянный ток с неизменным напряжением и направлением тока.

б. AC DC Разница в приложениях:

В настоящее время мощность переменного тока широко используется в светильниках, электродвигателях, средствах передачи электроэнергии и т. д., а мощность постоянного тока в основном используется во всех видах электронных приборов, электролизе, гальванике, электроприводе постоянного тока и т. д. В качестве трансформатора постоянного тока и Технология передачи добилась большого прогресса за последние годы, отходы HVDC относительно невелики, поэтому ожидается, что постоянный ток заменит переменный ток в области передачи энергии.

Если вы хотите получить дополнительную информацию о различиях между переменным и постоянным током, свяжитесь с нами, и наши инженеры-электрики подробно расскажут вам об этой теме. Если вам нужны серводвигатели переменного тока или приводы переменного тока, продолжайте знакомиться с нашей продукцией.

Пожалуйста, свяжитесь с нами по адресу [email protected], если у вас есть какие-либо предложения на этой странице.