Cos'è un carico attivamente induttivo. Carichi di consumatori di centrali elettriche, sovraccarichi, potenza - House of Energy ru

Carico attivo nel circuito AC chiamata la zona dove Tutto energia elettrica irreversibilmente convertito in calore. Nel ruolo di carico attivo può essere resistore ordinario(lampada a incandescenza, resistenza elettrica, ecc.)

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

.

A Tutto energia elettrica irreversibilmente trasformato in energia termica, è necessario che la potenza istantanea in ogni istante sia positiva, e questo è possibile solo se . Pertanto, per un carico resistivo, tensione e corrente oscillano nella stessa fase.

È facile vedere che i valori attuali istantanei e tensione sono proporzionali tra loro. Questa affermazione non è altro che la legge di Ohm per una sezione di un circuito:

Quindi, su carico attivo La legge di Ohm vale sia per i valori istantanei che per quelli di ampiezza.

Quando si calcolano i circuiti CA, nonché quando misurazioni elettricheÈ scomodo utilizzare l'ampiezza o i valori istantanei di correnti e tensioni e i loro valori medi su un 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.

Valore efficace della corrente alternata- questo è il valore della corrente continua, quando scorre attraverso un circuito in un conduttore, per un periodo viene rilasciata la stessa quantità di calore di quando scorre corrente alternata.

Il calore generato in un resistore quando la 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 di corrente istantanea:

Il calore rilasciato in un periodo si trova sommando quelli piccoli:

Eguagliando (*) e (**), troviamo il valore efficace della corrente alternata:

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

Secondo GOST, i valori effettivi di corrente, tensione e EMF sono indicati dalle corrispondenti lettere maiuscole senza indici.

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

Un condensatore in un circuito CA rappresenta un cosiddetto carico capacitivo. La presenza di un dielettrico tra le piastre del condensatore porta a ciò 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 una forza elettromagnetica alternata, il condensatore può essere caricato e scaricato, in questo caso la 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 di un condensatore se è collegato a una sorgente di campi elettromagnetici sinusoidali .

Ovviamente la tensione sul condensatore coincide con la tensione sui terminali del generatore . Quindi la carica sul condensatore

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

Usiamo le formule di riduzione:

Vediamo che la corrente in un circuito contenente un condensatore cambia secondo una legge armonica con la frequenza della variabile EMF. Tuttavia, le fasi della tensione e della corrente del condensatore sono diverse. La corrente porta la tensione attraverso il condensatore di .

Confrontando i grafici di corrente e tensione in funzione del tempo, è facile notare che non esiste alcuna proporzionalità tra i valori istantanei di corrente e tensione. In altre parole, La legge di Ohm non vale per i valori istantanei di corrente e tensione!

Torniamo alla dipendenza della corrente dal tempo

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

Il valore massimo della corrente in un circuito con condensatore è direttamente proporzionale al valore massimo della tensione. Questo significa questo per valori di ampiezza di corrente e tensione, la legge di Ohm è soddisfatta.

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

La capacità dipende non solo dalla capacità del condensatore, ma anche dalla frequenza della corrente. All'aumentare della frequenza della corrente, la resistenza del condensatore diminuisce e, al contrario, l'ampiezza della corrente aumenta. Pertanto, il condensatore "fa passare" bene la corrente ad alta frequenza e male quella a bassa frequenza. La resistenza del condensatore diventa infinitamente grande se la frequenza attuale , cioè nella sezione contenente il condensatore non può circolare corrente continua (come detto in precedenza).

Carichi attivi. I carichi più semplici sono quelli in cui tutta l'energia consumata viene convertita in calore. Gli esempi sono lampade a incandescenza, stufe, stufe elettriche, ferri da stiro, ecc. Qui tutto è semplice: se il loro consumo energetico totale è di 2 kW, esattamente 2 kW sono sufficienti per alimentarli.

Carichi reattivi. Tutti gli altri. A loro volta si dividono in induttivi e capacitivi. L'esempio più semplice la prima è una bobina, la seconda è un condensatore. Nei consumatori reattivi, l'energia viene convertita non solo in calore; 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 0,8, il 20% dell'energia non viene convertita in calore. I dispositivi solitamente indicano il consumo di energia “termica” e il cosf. Per calcolare il consumo “reale” è necessario dividere la potenza per cosf. Esempio: se il trapano dice “500 W” e “cosф = 0,6”, significa che in effetti l'utensile “tirerà” dal generatore 500 0,6 = 833 W.

Tieni presente: ogni centrale elettrica a benzina o diesel ha il proprio cosf, di cui bisogna tenere conto. Ad esempio, se è uguale a 0,8, per azionare il trapano sopra menzionato, questa unità richiederà 833 W: 0,8 = 1041 V*A A proposito, è per questo motivo che la designazione corretta della potenza erogata da la centrale elettrica è V*A (volt-ampere) e non W (watt).

Elevate correnti di spunto. Qualsiasi motore elettrico al momento dell'accensione consuma molte volte più energia rispetto alla modalità normale. Senza entrare nei dettagli tecnici, facciamo un'analogia: immagina un carro pesante in piedi su una superficie orizzontale. Ci vuole molto più sforzo per spostarlo che per mantenerne la velocità in futuro.

Il sovraccarico di avviamento non supera una frazione di secondo nel tempo, quindi l'importante è che la mini centrale possa sopportarlo (gli esperti dicono "inghiottilo") senza spegnersi e tanto meno fallire. C'è solo un consiglio qui: al momento dell'acquisto, assicuratevi di chiedere quali sovraccarichi di avviamento sono "troppo duri" per l'unità che avete scelto.

A proposito, dal punto di vista delle correnti di avviamento, uno dei dispositivi più “terribili” è una pompa sommergibile, il cui consumo al momento dell'avvio può aumentare di 7-9 volte (situazione 2). Questo è comprensibile, a differenza, ad esempio, di un trapano, una pompa non ha al minimo, deve iniziare immediatamente a pompare l'acqua.

Macchine saldatrici. Si consiglia infatti di utilizzare appositi gruppi elettrogeni per fornire loro energia. Il punto è quel lavoro saldatrice dal punto di vista di una mini centrale elettrica sembra banale cortocircuito... Tuttavia, la realtà della vita è tale che la maggior parte di noi non può permettersi due generatori a benzina o diesel, dobbiamo usare quello che abbiamo a portata di mano. In questo caso si consiglia (almeno) di “cuocere” non direttamente, ma tramite un trasformatore di saldatura.

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

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

Durante l'intervallo, il potenziale positivo della fase U 1 viene condotto dal diodo VD1, mentre l'energia reattiva si accumula nell'induttore L n

.

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

Per eliminare l'influenza dell'induttanza del carico sulla forma della tensione raddrizzata, in parallelo al carico è collegato un diodo inverso VD 2, che garantisce che l'energia reattiva dell'induttore venga scaricata nel carico e quindi elimina il picco negativo di la tensione raddrizzata.

In un circuito monofase a onda intera, il ruolo di un diodo flyback è svolto da uno dei diodi raddrizzatori, che viene acceso per primo.

Con una semionda positiva della 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 attraverso lo zero al momento del cambio di polarità, il diodo VD2 si accende per primo. Quindi l'energia reattiva verrà scaricata attraverso VD4 e VD2 acceso. Non ci sarà alcun picco di tensione negativa nella tensione raddrizzata.

Carico attivo-capacitivo

Consideriamo l'influenza del carico attivo-capacitivo usando l'esempio del funzionamento di un raddrizzatore a ponte monofase.

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

Nell'intervallo  caricare U 1 >U C e contemporaneamente la capacità C del filtro livellatore viene caricata attraverso la resistenza interna della sezione raddrizzatore. In questo caso appare una grande corrente impulsiva, i cui valori sono 20...40 volte superiori al valore stazionario della corrente media della valvola raddrizzata. Ciò è particolarmente evidente negli alimentatori con ingresso senza trasformatore. Per limitare questa corrente vengono introdotti resistori, termistori o resistori shuntati da interruttori controllati, realizzati su triac, tiristori o dinistori. Gli interruttori consentono, tenendo conto del tempo di istituzione del processo transitorio, di limitare la corrente solo al momento dell'avvio della fonte di alimentazione, aumentando così l'efficienza e l'affidabilità del raddrizzatore.

Nell'intervallo  volte, quando la tensione sul condensatore è equalizzata con la tensione sorgente, il condensatore viene scaricato sul carico. All'aumentare della corrente di carico, il livello di ondulazione della tensione raddrizzata aumenta a causa di una diminuzione circuito permanente scarica  volte =R N C. In questo caso gli effetti leviganti del filtro si deteriorano.

Quando si calcola un raddrizzatore con carico capacitivo, viene utilizzato il metodo Terentyev, il metodo del nomogramma. Si basa sul calcolo dei coefficienti ausiliari in funzione dell'angolo del flusso di corrente attraverso la valvola. Immettere il coefficiente A=f(), dove  è l'angolo del flusso di corrente attraverso la valvola. Per vari schemi raddrizzatori, vengono forniti nomogrammi ottenuti sperimentalmente per varie potenze e circuiti raddrizzatori. Il calcolo dei parametri U arr, I acr, I ad, U 2, I 2 viene effettuato tramite coefficienti ausiliari: B, C, D=f(A). Per ottenere il collegamento tra la corrente media attraverso la valvola e il parametro A, effettueremo un'integrazione nell'intervallo . Nel derivare la relazione, prendiamo la capacità del condensatore prossima all'infinito (С) e la tensione di soglia del diodo pari 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. Uguagliamo (1) e (2) e dividiamo la parentesi interna nell'espressione (1) per cos, otteniamo:

.

Circuito raddoppiatore di tensione

Il classico circuito di raddoppio (simmetrico) è costituito da due raddrizzatori single-ended, ciascuno dei quali utilizza la propria semionda di tensione.

La tensione sul carico è la somma delle tensioni sui condensatori C1 e C2. Se le increspature sono piccole, allora la componente costante su ciascun condensatore è U 01 ≈ U 2 m, e la tensione ai capi del carico è U 0 ≈ 2U 2 m. Inoltre, durante la somma, vengono compensate la prima e tutte le armoniche di ondulazione dispari. Pertanto, il circuito si comporta come un circuito push-pull, sebbene sia costituito da due circuiti a ciclo singolo. Lo svantaggio del circuito di raddoppio simmetrico, dal punto di vista della sicurezza, è l'assenza di un punto comune di carico e trasformatore.

Viene utilizzato anche un circuito 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 all'alloggiamento, mentre la frequenza di ondulazione principale è uguale alla frequenza di rete.

In questo circuito asimmetrico, il condensatore C1 funge da dispositivo di memorizzazione intermedio e non partecipa al livellamento delle pulsazioni, quindi i suoi indicatori di peso e dimensioni sono peggiori di quelli di un duplicatore simmetrico. Tuttavia, ci sono anche dei vantaggi. Il diagramma può essere rappresentato in questo modo:

Il risultato è una struttura regolare che può essere espansa per formare un moltiplicatore di tensione.

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

Le relazioni calcolate per gli schemi considerati possono essere trovate nel libro di consultazione. Lo svantaggio dei circuiti di moltiplicazione è la loro elevata resistenza interna e la bassa efficienza dovuta a gran numero si ricarica.

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

Gli interruttori di carica e scarica controllati K z e K r funzionano in modo sincrono e in antifase. i condensatori C 1 vengono caricati in parallelo dalla rete e scaricati sequenzialmente al carico tramite gli interruttori di scarica K r. In questo caso la tensione al carico è n volte maggiore dell'ampiezza della tensione di rete.