Qu'est-ce qu'une charge activement inductive. Charges, surcharges, puissance des consommateurs des centrales électriques - House of Energy fr

Charge active dans le circuit courant alternatif est la zone où tout Énergie électrique irréversiblement convertie en chaleur. Dans le rôle de charge active peut être résistance conventionnelle(lampe à incandescence, élément chauffant électrique, etc.)

Laissez la tension aux extrémités de la section de circuit, qui est une charge active, changer selon la loi harmonique

.

À tout Énergie électrique irréversiblement transformé en l'énérgie thermique, il faut que la puissance instantanée soit à tout instant positive, et cela n'est possible que lorsque . Ainsi, pour une charge résistive, la tension et le courant fluctuent dans la même phase.

Il est facile de voir que les valeurs instantanées du courant et le stress proportionnelles les unes aux autres. Cette déclaration n'est rien de plus que la loi d'Ohm pour une section de chaîne :

Ainsi, sur charge active La loi d'Ohm vaut pour les valeurs instantanées et d'amplitude.

Lors du calcul de circuits AC, ainsi que lors du mesures électriques il n'est pas pratique d'utiliser l'amplitude ou les valeurs instantanées des courants et des tensions, et leurs valeurs moyennes pour la période sont égales à zéro.

Le plus pratique a été l'introduction des valeurs dites efficaces de courant et de tension. Ces concepts sont basés sur l'effet thermique du courant.

CA RMS- il s'agit de la valeur du courant continu, pendant la circulation duquel à travers le circuit dans le conducteur, la même quantité de chaleur est dégagée sur une période que lors de la circulation du courant alternatif.

La chaleur générée dans une résistance lorsqu'un courant continu la traverse peut être trouvée à partir de la loi Joule-Lenz :

La chaleur générée par le courant alternatif dans la même résistance R en peu de temps peut être exprimée en termes de valeur instantanée du courant :

La chaleur dégagée sur la période se trouve en sommant petit :

En mettant en équation (*) et (**), on trouve la valeur efficace du courant alternatif :

Les expressions des valeurs efficaces de FEM et de tension se ressemblent :

Conformément à GOST, les valeurs efficaces de courant, tension et EMF sont indiquées par les lettres majuscules correspondantes sans indices.

Les instruments de mesure électriques à courant alternatif sont étalonnés dans les valeurs efficaces des grandeurs mesurées.

Un condensateur dans un circuit alternatif représente une charge dite capacitive. La présence d'un diélectrique entre les armatures du condensateur conduit au fait que DC ne peut pas traverser la section du circuit contenant le condensateur. Dans un circuit à courant alternatif, la situation change : sous l'influence d'une FEM variable, le condensateur peut être chargé et déchargé, dans ce cas, un courant de charge ou de décharge traverse la section du circuit contenant le condensateur.

Notre tâche est de découvrir comment le courant de charge et de décharge du condensateur change s'il est connecté à une source de FEM sinusoïdale .

Évidemment, la tension aux bornes du condensateur est la même que la tension aux bornes du générateur. . Puis la charge sur le condensateur

Puisque le courant de charge du condensateur n'est rien de plus que la dérivée de la charge du condensateur par rapport au temps, on obtient :

Utilisons les formules de réduction :

On voit que le courant dans le circuit contenant le condensateur varie selon la loi harmonique avec la fréquence de la FEM variable. Cependant, les phases de la tension et du courant du condensateur sont différentes. Le courant conduit la tension aux bornes du condensateur de .

En comparant les graphiques des dépendances du courant et de la tension au temps, il est facile de voir qu'il n'y a pas de proportionnalité entre les valeurs instantanées du courant et de la tension. Autrement dit, La loi d'Ohm pour les valeurs instantanées de courant et de tension n'est pas remplie !

Revenons à la dépendance du courant au temps

La valeur devant le signe cosinus est la valeur d'amplitude du courant

La valeur de courant maximale dans un circuit avec un condensateur est directement proportionnelle à la valeur de tension maximale. Cela signifie que pour les valeurs d'amplitude du courant et de la tension, la loi d'Ohm est respectée.

Le coefficient de proportionnalité est la conductivité de la section de circuit contenant le condensateur. Ensuite la valeur joue le rôle de résistance, on l'appelle résistance capacitive.

La capacité dépend non seulement de la capacité du condensateur, mais également de la fréquence du courant.Avec une augmentation de la fréquence du courant, la résistance du condensateur diminue et l'amplitude du courant, au contraire, augmente. Ainsi, le condensateur "passe" bien le courant haute fréquence et mal le courant basse fréquence. La résistance du condensateur devient infiniment grande si la fréquence du courant , c'est-à-dire que le courant continu ne peut pas traverser la section contenant le condensateur (comme mentionné précédemment).

Charges actives. Les charges les plus simples, dans lesquelles toute l'énergie consommée est convertie en chaleur. Les exemples sont les lampes à incandescence, les radiateurs, les cuisinières électriques, les fers à repasser, etc. Tout est simple ici, si leur consommation électrique totale est de 2 kW, 2 kW exactement suffisent à les alimenter.

Charges réactives. Autre. Ils sont à leur tour divisés en inductifs et capacitifs. L'exemple le plus simple est la première bobine, le second condensateur. Dans les consommateurs réactifs, l'énergie n'est pas seulement convertie en chaleur, une partie de celle-ci est dépensée à d'autres fins, par exemple pour la formation de champs électromagnétiques.

La mesure de la réactivité est ce qu'on appelle le cosph. Par exemple, s'il est égal à 0,8, alors 20 % de l'énergie n'est pas convertie en chaleur. Les instruments indiquent généralement leur consommation d'énergie "thermique" et leur cosf. Pour calculer la consommation "réelle", il faut diviser la puissance par cosf. Exemple : si la perceuse indique « 500 W » et « cos = 0,6 », cela signifie qu'en fait l'outil va « puiser » dans le générateur 500 0,6 = 833 W.

A retenir : chaque centrale essence ou diesel a son propre cosf, dont il faut tenir compte. Par exemple, s'il est égal à 0,8, alors pour le fonctionnement de la perceuse susmentionnée, 833 W seront requis de cet appareil: 0,8 \u003d 1041 V * A W (watts).

Courants de démarrage élevés. Tout moteur électrique au moment de la mise en marche consomme plusieurs fois plus d'énergie qu'en mode normal. Pour éviter d'entrer dans des détails techniques, utilisons une analogie : imaginez un chariot lourd posé sur une surface horizontale. Il faut beaucoup plus d'efforts pour le déplacer de sa place que pour maintenir sa vitesse à l'avenir.

La surcharge de démarrage dans le temps ne dépasse pas les fractions de seconde, donc l'essentiel est que la mini centrale soit capable de la supporter (les experts disent "avaler") sans s'arrêter, et plus encore sans tomber en panne. Il n'y a qu'un seul conseil ici: lors de l'achat, assurez-vous de demander quelles surcharges de démarrage sont "trop dures" pour l'unité que vous avez choisie.

Soit dit en passant, du point de vue des courants de démarrage, l'un des appareils les plus "terribles" est une pompe submersible, dans laquelle au moment du démarrage, la consommation peut sauter 7 à 9 fois (situation 2). C'est compréhensible, contrairement à, disons, la pompe n'a pas de perceuse tourner au ralenti, elle doit immédiatement commencer à pomper de l'eau.

Soudeurs. En fait, il est recommandé d'utiliser des groupes électrogènes spéciaux pour leur alimentation. Le fait est que le travail Machine de soudage du point de vue d'une mini centrale électrique, cela ressemble à un banal court-circuit ... Cependant, les réalités de la vie sont telles que la plupart d'entre nous ne peuvent pas se permettre deux générateurs à essence ou diesel, nous devons utiliser celui qui est à main. Dans ce cas, il est recommandé (au moins) de "cuire" non pas directement, mais via un transformateur de soudage.

Prenons l'exemple d'un circuit de redressement demi-onde :

La figure montre les dépendances graphiques pour les courants, les tensions et la puissance instantanée afin d'expliquer les processus se produisant dans le circuit de redressement.

Dans l'intervalle, le potentiel positif de la phase U 1 conduit la diode VD1, tandis que l'énergie réactive s'accumule dans l'inductance L n

.

Dans l'intervalle VD1 reste ouvert du fait du courant positif de l'inductance et l'énergie de l'inductance est donnée à la source U 1 (ce mode est appelé inverseur). Le courant de vanne est aspiré. Le retard de désactivation VD1 réduit le niveau de tension redressé, augmentant son ondulation.

Pour éliminer l'influence de l'inductance de charge sur la forme de la tension redressée, une diode inverse VD 2 est connectée en parallèle à la charge, ce qui assure la décharge de l'énergie réactive de l'inductance dans la charge et élimine ainsi la surtension négative de la tension redressée.

Dans un circuit monophasé pleine onde, le rôle de la diode inverse est joué par l'une des diodes de redressement, qui s'allume en premier.

Avec une alternance positive de tension U 1, le courant traverse le circuit :

“+” U 1 VD1L n R n VD4”-“ U 1 .

Supposons que lorsque la tension U 1 passe par zéro au moment du changement de polarité, la diode VD2 est la première à s'allumer. Ensuite, la réinitialisation de l'énergie réactive sera effectuée via VD4 et VD2 inclus. Il n'y aura pas de pointe de tension négative dans la tension redressée.

Charge résistive-capacitive

Considérons l'effet de la charge active-capacitive sur l'exemple du fonctionnement d'un pont redresseur monophasé.

La figure montre les dépendances graphiques des courants et des tensions, expliquant les transitoires dans le circuit au moment où le redresseur est connecté à la source U 1.

Sur l'intervalle  charger U 1 >U С et en même temps, la capacité C du filtre de lissage est chargée à travers la résistance interne de la liaison redresseur. Dans ce cas, un grand courant pulsé apparaît, dont les valeurs sont 20 ... 40 fois supérieures à la valeur en régime permanent du courant de vanne redressé moyen. Ceci est particulièrement prononcé dans les alimentations avec une entrée sans transformateur. Pour limiter ce courant, on introduit des résistances, thermistances ou résistances shuntées à touches commandées, réalisées sur des triacs, des thyristors ou des dinistors. Les interrupteurs permettent, compte tenu du temps d'établissement du processus transitoire, de limiter le courant uniquement au moment du démarrage de la source d'alimentation, par conséquent, l'efficacité et la fiabilité du redresseur augmentent.

Dans l'intervalle  fois, lorsque la tension aux bornes de la capacité est égale à la tension de la source, le condensateur est déchargé vers la charge. Avec une augmentation du courant de charge, le niveau d'ondulation de la tension redressée augmente en raison d'une diminution de circuit permanent décharge  fois = R H C. Dans ce cas, les actions de lissage du filtre s'aggravent.

Lors du calcul d'un redresseur avec une charge capacitive, la méthode Terentiev est utilisée - la méthode du nomogramme. Il est basé sur le calcul de coefficients auxiliaires en fonction de l'angle de passage du courant dans la vanne. Le coefficient A=f() est entré, où  est l'angle de circulation du courant à travers la vanne. Pour divers régimes redresseurs, des nomogrammes sont donnés, qui sont obtenus expérimentalement pour différentes puissances et circuits redresseurs. Le calcul des paramètres U arr, I asr, I ad, U 2 , I 2 s'effectue à l'aide de coefficients auxiliaires : B, C, D = f(A). Pour obtenir la liaison du courant moyen traversant la vanne avec le paramètre A, nous allons effectuer une intégration sur l'intervalle . Lors de la dérivation de la relation, nous prendrons la capacité du condensateur proche de l'infini (С) et la tension de seuil de la diode égale à zéro. Pour obtenir la valeur moyenne du courant traversant la vanne, nous déplaçons les axes de coordonnées au milieu de l'impulsion de courant et utilisons l'équation pour la valeur moyenne du courant : (1)

,

(2).

Les schémas ci-dessous expliquent la dérivation des relations pour U d .

Sur l'intervalle 2, le courant de vanne coïncide avec le courant de charge. Équation (1) et (2) et division de la parenthèse intérieure dans l'expression (1) par cos, nous obtenons :

.

Circuit de doublage de tension

Le circuit de doublage classique (symétrique) se compose de deux redresseurs à cycle unique, chacun utilisant sa propre tension demi-onde.

La tension de charge est la somme des tensions aux bornes des condensateurs C1 et C2. Si les ondulations sont petites, alors la composante constante sur chaque condensateur est U 01 ≈ U 2 m, et la tension à la charge est U 0 ≈ 2U 2 m. De plus, l'addition compense la première et toutes les harmoniques impaires des ondulations. Par conséquent, le circuit se comporte comme un circuit push-pull, bien qu'il se compose de deux circuits à cycle unique. L'inconvénient du schéma de doublement symétrique, du point de vue de la sécurité, est l'absence d'un point de charge et d'un transformateur communs.

Un schéma de doublage asymétrique est également utilisé, sa différence avec le précédent est que la charge a un point commun avec le transformateur. Par conséquent, ils peuvent être connectés au boîtier, alors que la fréquence d'ondulation principale est égale à la fréquence du secteur.

Dans ce circuit asymétrique, le condensateur C1 remplit la fonction d'un dispositif de stockage intermédiaire, ne participe pas au lissage des ondulations, donc ses indicateurs de poids et de taille sont moins bons que ceux d'un doubleur symétrique. Cependant, il y a aussi des avantages. Le diagramme peut être représenté comme ceci :

Le résultat est une structure régulière qui peut être augmentée et un multiplicateur de tension peut être obtenu.

La charge peut être connectée à n'importe quel groupe de condensateurs et obtenir une multiplication paire ou impaire. Le diagramme montre une multiplication paire - la tension à la charge U 0 ≈ 6U m 2. Typiquement, de tels multiplicateurs sont assemblés sous la forme d'un bloc unique et remplis d'un composé. Le nombre de condensateurs dans le circuit est égal au facteur de multiplication.

Les ratios calculés pour les régimes considérés se trouvent dans l'ouvrage de référence. L'inconvénient des circuits de multiplication est leur résistance interne élevée et leur faible rendement dû au grand nombre de recharges.

Les redresseurs haute tension sans transformateur avec une charge simultanée de n condensateurs de stockage C 1 ont un rendement plus élevé.

Les touches de charge et de décharge contrôlées K s et K r fonctionnent de manière synchrone et en opposition de phase. les condensateurs C 1 sont chargés en parallèle à partir du réseau et sont séquentiellement déchargés vers la charge par l'intermédiaire des clés de bit K p. Dans ce cas, la tension à la charge est n fois supérieure à l'amplitude de la tension secteur.