Какво е активно индуктивен товар. Потребителски натоварвания на електроцентрали, претоварвания, мощност - House of Energy en

Активен товар във веригата променлив токе районът, където всичко Електрическа енергия безвъзвратно превърнат в топлина. В ролята на активно натоварване може да бъде конвенционален резистор(лампа с нажежаема жичка, електрически нагревателен елемент и др.)

Нека напрежението в краищата на участъка от веригата, който е активен товар, се променя според хармоничния закон

.

Да се всичко Електрическа енергия безвъзвратно трансформиран в Термална енергия, необходимо е моментната мощност във всеки момент да е положителна, а това е възможно само когато . Следователно, за резистивен товар, напрежението и токът се колебаят в една и съща фаза.

Лесно е да се види, че моментните стойности на тока и стрес пропорционални един на друг. Това твърдение не е нищо повече от закон на Ом за част от веригата:

По този начин, на активно натоварванеЗаконът на Ом важи както за моментните, така и за амплитудните стойности.

При изчисляване на AC вериги, както и когато електрически измерваниянеудобно е да се използват амплитудните или моментните стойности на токовете и напреженията, а средните им стойности за периода са равни на нула.

Най-удобно беше въвеждането на така наречените ефективни стойности на тока и напрежението. Тези концепции се основават на топлинния ефект на тока.

RMS AC- това е стойността на постоянен ток, по време на протичането на който през веригата в проводника се отделя същото количество топлина за период, както по време на протичане на променлив ток.

Топлината, генерирана в резистора, когато през него протича постоянен ток, може да се намери от закона на Джаул-Ленц:

Топлината, генерирана от променливия ток в същото съпротивление R за кратко време, може да се изрази чрез моментната стойност на тока:

Топлината, отделена за периода, се намира чрез сумиране на малки:

Приравнявайки (*) и (**), намираме ефективната стойност на променливия ток:

Изразите за ефективните стойности на EMF и напрежението изглеждат подобни:

В съответствие с GOST, ефективните стойности на тока, напрежението и EMF са обозначени със съответните главни букви без индекси.

Електрическите измервателни уреди за променлив ток се калибрират в ефективните стойности на измерваните величини.

Кондензаторът в AC верига представлява така наречения капацитивен товар. Наличието на диелектрик между плочите на кондензатора води до факта, че D.C.не може да тече през секцията на веригата, съдържаща кондензатора. Във верига с променлив ток ситуацията се променя: под въздействието на променлива ЕМП кондензаторът може да се зарежда и разрежда, в този случай ток на зареждане или разреждане протича през секцията на веригата, съдържаща кондензатора.

Нашата задача е да разберем как се променя токът на зареждане и разреждане на кондензатора, ако е свързан към източник на синусоидална ЕМП .

Очевидно напрежението на кондензатора е същото като напрежението на клемите на генератора. . След това зарядът на кондензатора

Тъй като зарядният ток на кондензатора не е нищо повече от производната на заряда на кондензатора по отношение на времето, получаваме:

Нека използваме формулите за намаляване:

Виждаме, че токът във веригата, съдържаща кондензатора, се променя според хармоничния закон с честотата на променливата EMF. Но фазите на напрежението и тока на кондензатора са различни. Токът води напрежението през кондензатора с .

Сравнявайки графиките на зависимостите на тока и напрежението от времето, лесно е да се види, че няма пропорционалност между моментните стойности на тока и напрежението. С други думи, Законът на Ом за моментните стойности на тока и напрежението не е изпълнен!

Да се върнем към зависимостта на тока от времето

Стойността пред знака за косинус е амплитудната стойност на тока

Максималната стойност на тока във верига с кондензатор е право пропорционална на максималната стойност на напрежението. Означава, че за амплитудните стойности на тока и напрежението законът на Ом е изпълнен.

Коефициентът на пропорционалност е проводимостта на секцията на веригата, съдържаща кондензатора. След това стойността играе ролята на съпротивление, то се нарича капацитивно съпротивление.

Капацитетът зависи не само от капацитета на кондензатора, но и от честотата на тока.С увеличаване на честотата на тока съпротивлението на кондензатора пада, а амплитудата на тока, напротив, се увеличава. По този начин кондензаторът "пропуска" високочестотен ток добре и нискочестотен ток лошо. Съпротивлението на кондензатора става безкрайно голямо, ако честотата на тока , тоест постоянният ток не може да тече през секцията, съдържаща кондензатора (както беше споменато по-рано).

Активни натоварвания. Най-простите товари, при които цялата консумирана енергия се превръща в топлина. Примери са лампи с нажежаема жичка, нагреватели, електрически печки, ютии и т.н. Тук всичко е просто, ако общата им консумация е 2 kW, точно 2 kW са достатъчни, за да ги захранват.

Реактивни натоварвания. други. Те от своя страна се делят на индуктивни и капацитивни. Най-простият пример е първата намотка, вторият кондензатор. В реактивните потребители енергията се преобразува не само в топлина, част от нея се изразходва за други цели, например за образуване на електромагнитни полета.

Мярката за реактивност е така нареченият cosph. Например, ако е равно на 0,8, тогава 20% от енергията не се превръща в топлина. Уредите обикновено показват своята "топлинна" консумация на енергия и cosf. За да изчислите "реалната" консумация, трябва да разделите мощността на cosf. Пример: ако на свредлото пише "500 W" и "cos = 0,6", това означава, че всъщност инструментът ще "черпи" от генератора 500 0,6 = 833 W.

Имайте предвид: всяка бензинова или дизелова електроцентрала има свой собствен cosf, който трябва да се вземе предвид. Например, ако е равно на 0,8, тогава за работата на гореспоменатата бормашина ще са необходими 833 W от тази единица: 0,8 \u003d 1041 V * A W (ватове).

Високи стартови токове. Всеки електродвигател в момента на включване консумира няколко пъти повече енергия, отколкото в нормален режим. За да не навлизаме в технически подробности, нека използваме една аналогия: представете си тежка количка, стояща на хоризонтална повърхност. Необходими са много повече усилия, за да го преместите от мястото му, отколкото да поддържате скоростта си в бъдеще.

Стартовото претоварване във времето не надвишава части от секундата, така че основното е, че мини електроцентралата е в състояние да го издържи (експертите казват "поглъщане"), без да се изключва и още повече, без да се провали. Тук има само един съвет: когато купувате, не забравяйте да попитате какви начални претоварвания са "твърде трудни" за избрания от вас модул.

Между другото, от гледна точка на стартовите токове, едно от най-"ужасните" устройства е потопяема помпа, в която в момента на стартиране консумацията може да скочи 7-9 пъти (ситуация 2). Това е разбираемо, за разлика от, да речем, помпата няма бормашина работа на празен ход, тя веднага трябва да започне да изпомпва вода.

Заварчици. Всъщност за тяхното захранване се препоръчва използването на специални генераторни комплекти. Въпросът е, че работата машина за заваряванеот гледна точка на мини електроцентрала изглежда като банално късо съединение ... Но реалностите на живота са такива, че повечето от нас не могат да си позволят два бензинови или дизелови генератора, трябва да използваме този, който е на ръка. В този случай се препоръчва (поне) да се "готви" не директно, а чрез заваръчен трансформатор.

Помислете за примера на верига за коригиране на половин вълна:

На фигурата са показани графични зависимости за токове, напрежения и моментна мощност, за да се обяснят процесите, протичащи в изправителната верига.

В интервала положителният потенциал на фаза U 1 провежда диода VD1, докато реактивната енергия се натрупва в индуктора L n

.

В интервала VD1 остава отворен поради положителния ток на индуктора и енергията на индуктора се предава на източника U 1 (този режим се нарича инвертор). Токът на вентила се вкарва. Забавянето на изключване VD1 намалява нивото на коригираното напрежение, увеличавайки неговата пулсация.

За да се елиминира влиянието на индуктивността на товара върху формата на ректифицираното напрежение, обратен диод VD 2 е свързан успоредно на товара, което осигурява изхвърлянето на реактивната енергия на индуктора в товара и по този начин елиминира отрицателния скок на изправеното напрежение.

В пълновълнова еднофазна верига ролята на обратния диод се играе от един от токоизправителните диоди, който се включва първи.

С положителна полувълна на напрежение U 1, токът протича през веригата:

“+” U 1 VD1L n R n VD4”-“ U 1 .

Да предположим, че когато напрежението U 1 преминава през нула в момента на промяна на полярността, диодът VD2 е първият, който се включва. Тогава нулирането на реактивната енергия ще се извърши чрез VD4 и включен VD2. Няма да има пик на отрицателно напрежение в изправеното напрежение.

Резистивно-капацитивен товар

Нека разгледаме ефекта на активно-капацитивното натоварване върху примера на работата на еднофазен мостов токоизправител.

Фигурата показва графични зависимости на токовете и напреженията, обясняващи преходните процеси във веригата в момента, в който токоизправителят е свързан към източника U 1.

На интервала  заряд U 1 >U С и в същото време капацитетът C на изглаждащия филтър се зарежда през вътрешното съпротивление на токоизправителната връзка. В този случай се появява голям импулсен ток, чиито стойности са 20 ... 40 пъти по-високи от стационарната стойност на средния ректифициран ток на вентила. Това е особено силно изразено при захранвания с безтрансформаторен вход. За да се ограничи този ток, се въвеждат резистори, термистори или резистори, шунтирани с контролирани ключове, направени на триаци, тиристори или динистори. Превключвателите позволяват, като се вземе предвид времето на установяване на преходния процес, да се ограничи токът само в момента на стартиране на източника на захранване, следователно ефективността и надеждността на токоизправителя се увеличават.

В интервала  пъти, когато напрежението върху капацитета се изравни с напрежението на източника, кондензаторът се разрежда към товара. С увеличаване на тока на натоварване нивото на пулсациите на ректифицираното напрежение се увеличава поради намаляване на постоянна веригаизпускане  пъти = R H C. В този случай изглаждащите действия на филтъра се влошават.

При изчисляване на токоизправител с капацитивен товар се използва методът на Терентиев - методът на номограмата. Основава се на изчисляването на спомагателни коефициенти в зависимост от ъгъла на протичане на тока през вентила. Въвежда се коефициентът A=f(), където  е ъгълът на протичане на тока през вентила. За различни схемитокоизправители, дадени са номограми, които са получени експериментално за различни мощности и токоизправителни вериги. Изчисляването на параметрите U arr, I asr, I ad, U 2 , I 2 се извършва чрез спомагателни коефициенти: B, C, D=f(A). За да получим връзката на средния ток през вентила с параметъра A, ще извършим интегриране в интервала . При извеждане на връзката ще вземем капацитета на кондензатора, близък до безкрайността (С), а праговото напрежение на диода равно на нула. За да получим средния ток през вентила, преместваме координатните оси в средата на токовия импулс и използваме уравнението за средния ток: (1)

,

(2).

Диаграмите по-долу обясняват извеждането на зависимостите за U d .

В интервала 2 токът на вентила съвпада с тока на натоварване. Приравнявайки (1) и (2) и разделяйки вътрешната скоба в израз (1) на cos, получаваме:

.

Верига за удвояване на напрежението

Класическата (симетрична) удвояваща верига се състои от два едноциклични токоизправителя, всеки от които използва собствено полувълново напрежение.

Товарното напрежение е сумата от напреженията на кондензаторите C1 и C2. Ако пулсациите са малки, тогава постоянният компонент на всеки кондензатор е U 01 ≈ U 2 m, а напрежението при товара е U 0 ≈ 2U 2 m. В допълнение, добавянето компенсира първия и всички странни хармоници на пулсациите. Следователно веригата се държи като двутактна верига, въпреки че се състои от две вериги с един цикъл. Недостатъкът на схемата за симетрично удвояване от гледна точка на безопасността е липсата на обща точка на натоварване и трансформатор.

Използва се и асиметрична схема на удвояване, чиято разлика от предишната е, че товарът има обща точка с трансформатора. Следователно те могат да бъдат свързани към корпуса, докато основната честота на пулсации е равна на честотата на мрежата.

В тази асиметрична верига кондензаторът C1 изпълнява функцията на междинно устройство за съхранение, не участва в изглаждането на пулсациите, поради което неговите показатели за тегло и размер са по-лоши от тези на симетричен удвоител. Има обаче и предимства. Диаграмата може да се покаже така:

Резултатът е правилна структура, която може да бъде увеличена и може да се получи умножител на напрежението.

Товарът може да бъде свързан към всяка група кондензатори и да получи четно или нечетно умножение. Диаграмата показва равномерно умножение - напрежението при натоварване U 0 ≈ 6U m 2. Обикновено такива мултипликатори се сглобяват под формата на единичен блок и се пълнят със съединение. Броят на кондензаторите във веригата е равен на коефициента на умножение.

Изчислените съотношения за разглежданите схеми могат да бъдат намерени в справочника. Недостатъкът на схемите за умножение е тяхното високо вътрешно съпротивление и ниска ефективност поради големия брой презареждания.

Високоволтовите токоизправители без трансформатор с едновременно зареждане на n броя акумулаторни кондензатори C 1 имат по-висока ефективност.

Контролираните ключове за зареждане и разреждане K s и K r работят синхронно и в противофаза. кондензаторите C 1 се зареждат паралелно от мрежата и последователно се разреждат към товара чрез битови ключове K p. В този случай напрежението на товара е n пъти по-голямо от амплитудата на мрежовото напрежение.