carico attivo. Carico dei consumatori di centrali elettriche, sovraccarichi, energia - Casa dell'energia en

Carichi attivi. I carichi più semplici, in cui tutta l'energia consumata viene convertita in calore. Ne sono un esempio lampade a incandescenza, stufe, fornelli elettrici, ferri da stiro, ecc. Qui tutto è semplice, se il loro consumo totale è di 2 kW, per alimentarli sono sufficienti esattamente 2 kW.

Carichi reattivi. Altro. A loro volta, sono divisi in induttivi e capacitivi. L'esempio più semplice è la prima bobina, il secondo condensatore. Nei consumatori reattivi, l'energia viene convertita non solo in calore, ma parte di essa viene spesa per altri scopi, ad esempio per la formazione di campi elettromagnetici.

La misura della reattività è il cosiddetto cosph. Ad esempio, se è uguale a 0,8, il 20% dell'energia non viene convertito in calore. Gli strumenti di solito indicano il loro consumo energetico "termico" e cosf. Per calcolare il consumo "reale" è necessario dividere la potenza per cosf. Esempio: se il trapano dice "500 W" e "cos = 0,6", significa che infatti l'utensile "preleverà" dal generatore 500 0,6 = 833 W.

Tieni presente: ogni centrale elettrica a benzina o diesel ha il proprio cosf, che deve essere preso in considerazione. Ad esempio, se è uguale a 0,8, per il funzionamento del suddetto trapano saranno necessari 833 W da questa unità: 0,8 \u003d 1041 V * A W (watt).

Elevate correnti di spunto. Qualsiasi motore elettrico al momento dell'accensione consuma molte volte più energia rispetto alla modalità normale. Per evitare di entrare nei dettagli tecnici, usiamo un'analogia: immaginiamo un carro pesante in piedi su una superficie orizzontale. Ci vuole molto più sforzo per spostarlo dal suo posto che per mantenere la sua velocità in futuro.

Il sovraccarico di avviamento nel tempo non supera le frazioni di secondo, quindi l'importante è che la mini centrale sia in grado di sopportarlo (gli esperti dicono "inghiottire") senza spegnersi, e ancor di più senza guastarsi. C'è solo un consiglio qui: al momento dell'acquisto, assicurati di chiedere quali sovraccarichi iniziali sono "troppo duri" per l'unità che hai scelto.

A proposito, dal punto di vista delle correnti di avviamento, uno dei dispositivi più "terribili" è una pompa sommersa, in cui al momento dell'avvio il consumo può saltare 7-9 volte (situazione 2). Questo è comprensibile, a differenza, diciamo, della pompa non ha un trapano al minimo, deve iniziare immediatamente a pompare acqua.

Saldatori. Si consiglia infatti di utilizzare appositi gruppi elettrogeni per la loro alimentazione. Il punto è quel lavoro saldatrice dal punto di vista di una mini centrale elettrica, sembra un banale cortocircuito... Tuttavia, le realtà della vita sono tali che la maggior parte di noi non può permettersi due generatori a benzina o diesel, dobbiamo usare quello che sta a mano. In questo caso si consiglia (almeno) di "cucinare" non direttamente, ma tramite un trasformatore di saldatura.

Carico attivo nel circuito corrente alternataè l'area in cui tutto Energia elettrica irreversibilmente convertito in calore. Nel ruolo di carico attivo può essere resistenza convenzionale(lampada a incandescenza, resistenza elettrica, ecc.)

Lascia che la tensione ai capi della sezione del circuito, che è un carico attivo, cambi secondo la legge armonica

.

Per tutto Energia elettrica irreversibilmente trasformato in energia termica, è necessario che la potenza istantanea in ogni momento sia positiva, e questo è possibile solo quando . Pertanto, per un carico resistivo, tensione e corrente fluttuano nella stessa fase.

È facile vedere che i valori istantanei della corrente e stress proporzionali tra loro. Questa affermazione non è altro che la legge di Ohm per una sezione della catena:

Pertanto, su un carico attivo, la legge di Ohm è soddisfatta sia per i valori istantanei che per l'ampiezza.

Quando si calcolano i circuiti CA e quando misure elettricheè scomodo utilizzare l'ampiezza o i valori istantanei di correnti e tensioni e i loro valori medi per il periodo sono pari a zero.

La più conveniente è stata l'introduzione dei cosiddetti valori effettivi di corrente e tensione. Questi concetti si basano sull'effetto termico della corrente.

RMS AC- questo è il valore della corrente continua, durante il cui passaggio attraverso il circuito nel conduttore viene rilasciata la stessa quantità di calore in un periodo come durante il flusso di corrente alternata.

Il calore generato in un resistore quando una corrente continua lo attraversa può essere trovato dalla legge di Joule-Lenz:

Il calore generato dalla corrente alternata nella stessa resistenza R in breve tempo può essere espresso in termini di valore istantaneo della corrente:

Il calore rilasciato nel periodo si trova sommando piccoli:

Uguagliando (*) e (**), troviamo il valore effettivo della corrente alternata:

Le espressioni per i valori effettivi di EMF e tensione sembrano simili:

In conformità con GOST, i valori effettivi di corrente, tensione ed EMF sono indicati dalle lettere maiuscole corrispondenti senza indici.

Gli strumenti di misura elettrici a corrente alternata sono calibrati nei valori effettivi delle grandezze misurate.

Un condensatore in un circuito AC rappresenta un cosiddetto carico capacitivo. La presenza di un dielettrico tra le piastre del condensatore porta al fatto che DC non può fluire attraverso la sezione del circuito contenente il condensatore. In un circuito a corrente alternata la situazione cambia: sotto l'influenza di un EMF variabile, il condensatore può essere caricato e scaricato, in questo caso una corrente di carica o scarica scorre attraverso la sezione del circuito contenente il condensatore.

Il nostro compito è scoprire come cambia la corrente di carica e scarica del condensatore se è collegato a una sorgente di EMF sinusoidale .

Ovviamente, la tensione ai capi del condensatore è la stessa della tensione ai terminali del generatore. . Quindi la carica sul condensatore

Poiché la corrente di carica del condensatore non è altro che la derivata della carica sul condensatore rispetto al tempo, otteniamo:

Usiamo le formule di riduzione:

Vediamo che la corrente nel circuito contenente il condensatore varia secondo la legge armonica con la frequenza della variabile EMF. Tuttavia, le fasi della tensione e della corrente del condensatore sono diverse. La corrente conduce la tensione attraverso il condensatore di .

Confrontando i grafici delle dipendenze di corrente e tensione nel tempo, è facile notare che non c'è proporzionalità tra i valori istantanei di corrente e tensione. In altre parole, La legge di Ohm per i valori istantanei di corrente e tensione non è soddisfatta!

Torniamo alla dipendenza della corrente dal tempo

Il valore davanti al segno del coseno è il valore di ampiezza della corrente

Il valore massimo di corrente in un circuito con condensatore è direttamente proporzionale al valore massimo di tensione. Significa che per i valori di ampiezza di corrente e tensione, la legge di Ohm è soddisfatta.

Il coefficiente di proporzionalità è la conducibilità della sezione del circuito contenente il condensatore. Poi il valore svolge il ruolo di resistenza, si chiama resistenza capacitiva.

La capacità dipende non solo dalla capacità del condensatore, ma anche dalla frequenza della corrente Con un aumento della frequenza della corrente, la resistenza del condensatore diminuisce e l'ampiezza della corrente, al contrario, aumenta. Pertanto, il condensatore "fa passare" bene la corrente ad alta frequenza e male la corrente a bassa frequenza. La resistenza del condensatore diventa infinitamente grande se la frequenza della corrente , cioè la corrente continua non può fluire attraverso la sezione contenente il condensatore (come accennato in precedenza).

Consideriamo l'esempio di un circuito di rettifica a semionda:

La figura mostra le dipendenze grafiche per correnti, tensioni e potenza istantanea al fine di spiegare i processi che si verificano nel circuito di rettifica.

Nell'intervallo, il potenziale positivo della fase U 1 conduce il diodo VD1, mentre l'energia reattiva si accumula nell'induttore L n

.

Nell'intervallo VD1 rimane aperto a causa della corrente positiva dell'induttore e l'energia dell'induttore viene ceduta alla sorgente U 1 (questa modalità è chiamata inverter). La corrente della valvola viene assorbita. Il ritardo di spegnimento VD1 riduce il livello di tensione raddrizzata, aumentandone l'ondulazione.

Per eliminare l'influenza dell'induttanza del carico sulla forma della tensione raddrizzata, un diodo inverso VD 2 è collegato in parallelo al carico, che assicura la scarica dell'energia reattiva dell'induttore nel carico ed elimina così il picco negativo di la tensione rettificata.

In un circuito monofase a onda intera, il ruolo del diodo inverso è svolto da uno dei diodi raddrizzatori, che si accende per primo.

Con una semionda positiva di tensione U 1, la corrente scorre attraverso il circuito:

“+” U 1 VD1L n R n VD4”-“ U 1 .

Supponiamo che quando la tensione U 1 passa per zero al momento del cambio di polarità, il diodo VD2 sia il primo ad accendersi. Quindi il ripristino dell'energia reattiva verrà effettuato tramite VD4 e incluso VD2. Non ci sarà alcun picco di tensione negativo nella tensione rettificata.

Carico resistivo-capacitivo

Consideriamo l'effetto del carico capacitivo attivo sull'esempio del funzionamento di un raddrizzatore a ponte monofase.

La figura mostra le dipendenze grafiche di correnti e tensioni, spiegando i transitori nel circuito nel momento in cui il raddrizzatore è collegato alla sorgente U 1.

Sull'intervallo  carica U 1 >U С e allo stesso tempo, la capacità C del filtro livellatore viene caricata attraverso la resistenza interna del collegamento raddrizzatore. In questo caso, appare una grande corrente pulsata, i cui valori sono 20 ... 40 volte superiori al valore di stato stazionario della corrente media della valvola rettificata. Ciò è particolarmente pronunciato negli alimentatori con un ingresso senza trasformatore. Per limitare questa corrente vengono introdotti resistori, termistori o resistori in derivazione con chiavi controllate, realizzati su triac, tiristori o dinistor. Gli interruttori consentono, tenendo conto del momento di instaurazione del processo transitorio, di limitare la corrente solo al momento dell'accensione del generatore, pertanto l'efficienza e l'affidabilità del raddrizzatore aumentano.

Nell'intervallo  volte, quando la tensione ai capi della capacità si equalizza con la tensione della sorgente, il condensatore viene scaricato sul carico. Con un aumento della corrente di carico, il livello di ondulazione della tensione raddrizzata aumenta a causa di una diminuzione di circuito permanente scarica  volte = R H C. In questo caso peggiorano le azioni di lisciatura del filtro.

Quando si calcola un raddrizzatore con un carico capacitivo, viene utilizzato il metodo Terentiev: il metodo del nomogramma. Si basa sul calcolo dei coefficienti ausiliari in funzione dell'angolo del flusso di corrente attraverso la valvola. Viene inserito il coefficiente A=f(), dove  è l'angolo del flusso di corrente attraverso la valvola. Per vari schemi raddrizzatori, vengono forniti i nomogrammi, che si ottengono sperimentalmente per varie potenze e circuiti raddrizzatori. Il calcolo dei parametri U arr, I asr, I ad, U 2 , I 2 avviene tramite coefficienti ausiliari: B, C, D=f(A). Per ottenere il collegamento della corrente media attraverso la valvola con il parametro A, eseguiremo l'integrazione nell'intervallo . Nel derivare la relazione, prenderemo la capacità del condensatore vicina all'infinito (С) e la tensione di soglia del diodo uguale a zero. Per ottenere il valore medio della corrente attraverso la valvola, spostiamo gli assi delle coordinate al centro dell'impulso di corrente e utilizziamo l'equazione per il valore medio della corrente: (1)

,

(2).

I diagrammi seguenti spiegano la derivazione delle relazioni per U d .

Nell'intervallo 2, la corrente della valvola coincide con la corrente del carico. Uguagliando (1) e (2) e dividi la parentesi interna nell'espressione (1) per cos, otteniamo:

.

Circuito di raddoppio della tensione

Il circuito di raddoppio classico (simmetrico) è costituito da due raddrizzatori a ciclo singolo, ciascuno dei quali utilizza la propria tensione a semionda.

La tensione di carico è la somma delle tensioni ai capi dei condensatori C1 e C2. Se le ondulazioni sono piccole, la componente costante su ciascun condensatore è U 01 ≈ U 2 m e la tensione al carico è U 0 ≈ 2U 2 m. Inoltre, l'addizione compensa la prima e tutte le armoniche dispari delle increspature. Pertanto, il circuito si comporta come un circuito push-pull, sebbene sia composto da due circuiti a ciclo singolo. Lo svantaggio dello schema di raddoppio simmetrico, dal punto di vista della sicurezza, è la mancanza di un punto di carico e di un trasformatore comuni.

Viene utilizzato anche uno schema di raddoppio asimmetrico, la sua differenza rispetto al precedente è che il carico ha un punto in comune con il trasformatore. Pertanto, possono essere collegati alla custodia, mentre la frequenza di ripple principale è uguale alla frequenza di rete.

In questo circuito asimmetrico, il condensatore C1 svolge la funzione di un dispositivo di accumulo intermedio, non partecipa alle ondulazioni di livellamento, quindi i suoi indicatori di peso e dimensioni sono peggiori di quelli di un duplicatore simmetrico. Tuttavia, ci sono anche vantaggi. Il diagramma può essere rappresentato in questo modo:

Il risultato è una struttura regolare che può essere aumentata e si può ottenere un moltiplicatore di tensione.

Il carico può essere collegato a qualsiasi gruppo di condensatori e ottenere una moltiplicazione pari o dispari. Il diagramma mostra una moltiplicazione uniforme: la tensione al carico U 0 ≈ 6U m 2. Tipicamente, tali moltiplicatori sono assemblati sotto forma di un unico blocco e riempiti con un composto. Il numero di condensatori nel circuito è uguale al fattore di moltiplicazione.

I rapporti calcolati per gli schemi considerati possono essere trovati nel libro di riferimento. Lo svantaggio dei circuiti di moltiplicazione è la loro elevata resistenza interna e la bassa efficienza a causa dell'elevato numero di ricariche.

I raddrizzatori ad alta tensione senza trasformatore con una carica simultanea di n pezzi di condensatori di accumulo C 1 hanno un'efficienza maggiore.

I tasti di carica e scarica controllata K s e K r funzionano in modo sincrono e in antifase. i condensatori C 1 vengono caricati in parallelo dalla rete e vengono scaricati in sequenza sul carico tramite i tasti a bit K p. In questo caso, la tensione al carico è n volte maggiore dell'ampiezza della tensione di rete.