AC güç kaynağı ve güç kayıpları

Yalnızca aktif dirençlere sahip bir devrenin gücüne aktif güç P denir. Aşağıdaki formüllerden biri kullanılarak her zamanki gibi hesaplanır:

Aktif güç, mevcut enerjinin geri döndürülemez (geri döndürülemez) tüketimini karakterize eder.

Zincirlenmiş alternatif akım DC devrelerde olduğundan daha fazla kurtarılamaz enerji kayıplarına neden olan çok daha fazla neden vardır. Bu nedenler şunlardır:

1. Teli akımla ısıtmak… Doğru akım için, ısıtma neredeyse tek enerji kaybı şeklidir. Doğru akımla aynı değerde olan alternatif akım için ise, yüzey etkisi nedeniyle telin direncindeki artış nedeniyle telin ısıtılması için enerji kaybı daha fazladır. Daha yüksek akım frekansı, o kadar çok etkiler yüzey etkisi ve teli ısıtmak için daha büyük kayıp.

2. Foucault akımları olarak da adlandırılan girdap akımları oluşturmak için kayıplar… Bu akımlar, alternatif akımın ürettiği bir manyetik alanda tüm metal cisimlerde indüklenir. Eylemden girdap akımları metal cisimler ısınır.Çelik çekirdeklerde özellikle önemli girdap akımı kayıpları gözlemlenebilir. Girdap akımları oluşturmak için enerji kayıpları artan frekansla artar.

Girdap akımları — büyük bir çekirdekte, b — katmanlı bir çekirdekte

3. Manyetik histerezis kaybı... Alternatif bir manyetik alanın etkisi altında, ferromanyetik çekirdekler yeniden mıknatıslanır. Bu durumda, çekirdek parçacıklarının karşılıklı sürtünmesi meydana gelir ve bunun sonucunda çekirdek ısınır. Frekans arttıkça kayıplar manyetik histerezis büyüyor.

4. Katı veya sıvı dielektriklerdeki kayıplar... Bu tür dielektriklerde, alternatif elektrik alanı neden olur moleküllerin polarizasyonuyani, yükler moleküllerin zıt taraflarında değer olarak eşit fakat işaret olarak farklı görünürler. Polarize moleküller alanın etkisi altında döner ve karşılıklı sürtünme yaşarlar. Bu nedenle, dielektrik ısınır. Frekans arttıkça kayıpları da artar.

5. İzolasyon Kaçak Kayıpları… Kullanılan izolasyon maddeleri ideal dielektrikler değildir ve bunlarda kaçak kaçakları görülür. Yani izolasyon direnci çok yüksek olmasına rağmen sonsuza eşit değildir. Bu tür kayıplar doğru akımda da mevcuttur. Yüksek voltajlarda, yüklerin teli çevreleyen havaya akması bile mümkündür.

6. Elektromanyetik dalgaların radyasyonundan kaynaklanan kayıplar… Herhangi bir AC kablosu elektromanyetik dalgalar yayarve frekans arttıkça, yayılan dalgaların enerjisi keskin bir şekilde artar (frekansın karesiyle orantılı).Elektromanyetik dalgalar geri dönüşümsüz olarak iletkeni terk eder ve bu nedenle dalgaların yayılması için enerji tüketimi, bazı aktif dirençlerdeki kayıplara eşdeğerdir. Radyo verici antenlerde bu tür kayıplar faydalı enerji kayıplarıdır.

7. Diğer devrelere güç iletimi için kayıplar... Sonuç olarak elektromanyetik indüksiyon fenomeni bir miktar AC gücü yakınlarda bulunan bir devreden diğerine aktarılır. Transformatörlerde olduğu gibi bazı durumlarda bu enerji transferi faydalıdır.

AC devresinin aktif direnci, listelenen tüm geri kazanılamaz enerji kayıplarını hesaba katar... Bir seri devre için aktif direnci, aktif gücün oranı, tüm kayıpların kuvvetinin karesine göre tanımlayabilirsiniz. mevcut:

Dolayısıyla, belirli bir akım için devrenin aktif direnci, aktif güç ne kadar büyükse, yani toplam enerji kayıpları o kadar fazladır.

Endüktif dirençli devre bölümündeki güce denir reaktif güç Q... Reaktif enerjiyi, yani geri alınamaz bir şekilde tüketilmeyen, ancak yalnızca bir manyetik alanda geçici olarak depolanan enerjiyi karakterize eder. Aktif güçten ayırt etmek için, reaktif güç watt cinsinden değil, reaktif volt-amperlerle ölçülür (var veya var)... Bu bakımdan daha önce susuz olarak adlandırılıyordu.

Reaktif güç, aşağıdaki formüllerden biriyle belirlenir:

UL, xL endüktif dirençli bölümdeki voltajdır; Ben bu bölümde akım.

Aktif ve endüktif dirençli bir seri devre için toplam güç S kavramı tanıtılır... Toplam devre gerilimi U ile akımın çarpımı tarafından belirlenir ben ve volt-amper (VA veya VA) olarak ifade edilir

Aktif dirençli bölümdeki güç, yukarıdaki formüllerden biriyle veya aşağıdaki formülle hesaplanır:

burada φ, U gerilimi ve I akımı arasındaki faz açısıdır.

cosφ'nin katsayısı güç faktörüdür… Genellikle denir «kosinüs fi»… Güç faktörü, toplam gücün ne kadarının aktif güç olduğunu gösterir:

Cosφ değeri, aktif ve reaktif direnç arasındaki orana bağlı olarak sıfırdan bire kadar değişebilir. Devrede sadece bir tane varsa tepkisellik, o zaman φ = 90 °, cosφ = 0, P = 0 ve devredeki güç tamamen reaktiftir. Yalnızca aktif direnç varsa, o zaman φ = 0, cosφ = 1 ve P = S, yani devredeki tüm güç tamamen aktiftir.

cosφ ne kadar düşükse, görünür gücün aktif güç payı o kadar küçük ve reaktif güç o kadar yüksek olur. Ancak akımın işi, yani enerjisinin başka bir enerji türüne geçişi, yalnızca aktif güç ile karakterize edilir. Ve reaktif güç, jeneratör ile devrenin reaktif kısmı arasında dalgalanan enerjiyi karakterize eder.

Elektrik şebekesi için işe yaramaz ve hatta zararlıdır. Radyo mühendisliğinde reaktif gücün bazı durumlarda gerekli ve yararlı olduğu belirtilmelidir. Örneğin, radyo mühendisliğinde yaygın olarak kullanılan ve elektriksel salınımlar oluşturmak için kullanılan salınım devrelerinde, bu salınımların gücü neredeyse tamamen reaktiftir.
Vektör diyagramı, cosφ değişiminin, gücü değişmeden alıcı akımını I nasıl değiştirdiğini gösterir.

Sabit güçte ve çeşitli güç faktörlerinde alıcı akımlarının vektör diyagramı

Görülebileceği gibi, cosφ güç faktörü, alternatif EMF jeneratörü tarafından geliştirilen toplam gücün kullanım derecesinin önemli bir göstergesidir... Cosφ <1'de jeneratörün yaratması gerektiğine özellikle dikkat etmek gerekir. ürünü aktif güçten daha büyük olan bir voltaj ve akım. Örneğin, elektrik şebekesindeki aktif güç 1000 kW ve cosφ = 0,8 ise, görünen güç şuna eşit olacaktır:

Bu durumda gerçek gücün 100 kV gerilim ve 10 A akımda elde edildiğini varsayalım. Ancak görünür gücün olması için jeneratörün 125 kV gerilim üretmesi gerekir.

Daha yüksek bir voltaj için bir jeneratör kullanımının dezavantajlı olduğu açıktır ve ayrıca, daha yüksek voltajlarda, artan sızıntıyı veya hasar oluşmasını önlemek için tellerin yalıtımının iyileştirilmesi gerekecektir. Bu, elektrik şebekesinin fiyatında bir artışa yol açacaktır.

Reaktif gücün varlığından dolayı jeneratör voltajını artırma ihtiyacı, aktif ve reaktif dirençli bir seri devrenin karakteristiğidir. Aktif ve reaktif kolları olan bir paralel devre varsa, jeneratör tek bir aktif dirençle gerekenden daha fazla akım oluşturmalıdır. Diğer bir deyişle, jeneratör ilave reaktif akım ile yüklenir.

Örneğin yukarıdaki P = 1000 kW, cosφ = 0,8 ve S = 1250 kVA değerleri için paralel bağlandığında jeneratör 10 A değil 100 kV gerilimde 12,5 A akım vermelidir. .bu durumda sadece jeneratörün daha büyük bir akım için tasarlanması değil, bu akımın iletileceği elektrik hattının tellerinin daha kalın alınması gerekecektir, bu da hat başına maliyeti artıracaktır. Jeneratörün hatta ve sargılarında 10 A akım için tasarlanmış teller varsa, 12,5 A akımın bu tellerde ısınmaya neden olacağı açıktır.

Böylece, her ne kadar ekstra reaktif akım jeneratörden gelen reaktif enerjiyi reaktif yüklere aktarır ve bunun tersi de tellerin aktif direncinden dolayı gereksiz enerji kayıpları oluşturur.

Mevcut elektrik şebekelerinde reaktif dirençli bölümler, aktif dirençli bölümlere hem seri hem de paralel olarak bağlanabilir. Bu nedenle, jeneratörler, yararlı aktif güce ek olarak reaktif güç oluşturmak için artan voltaj ve artan akım geliştirmelidir.

Anlatılanlardan elektrifikasyonun ne kadar önemli olduğu açıkça görülüyor. cosφ değerini artırmak… Azalması, elektrik şebekesine reaktif yüklerin dahil edilmesinden kaynaklanır. Örneğin, boşta çalışan veya tam olarak yüklenmemiş elektrik motorları veya transformatörler, nispeten yüksek sargı endüktansına sahip oldukları için önemli reaktif yükler oluştururlar. Cosφ'yi artırmak için motorların ve transformatörlerin tam yükte çalışması önemlidir. Var cosφ'yi artırmanın birkaç yolu.

Sonuç olarak, üç kuvvetin de aşağıdaki ilişkiyle birbirine bağlı olduğunu not ediyoruz:

yani görünür güç, aktif ve reaktif gücün aritmetik toplamı değildir.S kuvvetinin, P ve Q kuvvetlerinin geometrik toplamı olduğunu söylemek adettendir.

Ayrıca bakınız: Elektrik mühendisliğinde reaktans