Ce este o sarcină activ inductivă. Încărcări consumatoare centrale electrice, supraîncărcări, putere - House of Energy ro

Sarcina activă în circuit curent alternativ este zona în care toate Energie electrica ireversibil transformat în căldură. În rolul de sarcină activă poate fi rezistență convențională(lampa cu incandescenta, element electric de incalzire etc.)

Lăsați tensiunea de la capetele secțiunii circuitului, care este o sarcină activă, să se schimbe conform legii armonice

.

La toate Energie electrica ireversibil transformat în energie termală, este necesar ca puterea instantanee să fie în orice moment pozitivă, iar acest lucru este posibil doar atunci când . Prin urmare, pentru o sarcină rezistivă, tensiunea și curentul fluctuează în aceeași fază.

Este ușor de observat că valorile instantanee ale curentului si stres proporționale unele cu altele. Această afirmație nu este altceva decât legea lui Ohm pentru o secțiune în lanț:

Astfel, pe sarcina activa Legea lui Ohm este valabilă atât pentru valorile instantanee, cât și pentru cele ale amplitudinii.

La calcularea circuitelor AC, precum și când măsurători electrice este incomod să folosiți amplitudinea sau valorile instantanee ale curenților și tensiunilor, iar valorile lor medii pentru perioada sunt egale cu zero.

Cea mai convenabilă a fost introducerea așa-numitelor valori efective ale curentului și tensiunii. Aceste concepte se bazează pe efectul termic al curentului.

RMS AC- aceasta este valoarea curentului continuu, în cursul căruia prin circuitul din conductor se eliberează aceeași cantitate de căldură pe o perioadă ca și în timpul curgerii curentului alternativ.

Căldura generată într-un rezistor atunci când trece un curent continuu prin el poate fi găsită din legea Joule-Lenz:

Căldura generată de curentul alternativ în aceeași rezistență R într-un timp scurt poate fi exprimată în termeni de valoarea instantanee a curentului:

Căldura degajată de-a lungul perioadei se găsește prin însumarea micilor:

Echivalând (*) și (**), găsim valoarea efectivă a curentului alternativ:

Expresiile pentru valorile efective ale EMF și tensiunea arată similar:

În conformitate cu GOST, valorile efective ale curentului, tensiunii și EMF sunt indicate prin majuscule corespunzătoare fără indici.

Instrumentele electrice de măsurare cu curent alternativ sunt calibrate în valorile efective ale mărimilor măsurate.

Un condensator dintr-un circuit de curent alternativ reprezintă o așa-numită sarcină capacitivă. Prezența unui dielectric între plăcile condensatorului duce la faptul că DC. nu poate curge prin secțiunea circuitului care conține condensatorul. Într-un circuit de curent alternativ, situația se schimbă: sub influența unui EMF variabil, condensatorul poate fi încărcat și descărcat, în acest caz, un curent de încărcare sau de descărcare circulă prin secțiunea circuitului care conține condensatorul.

Sarcina noastră este să aflăm cum se modifică curentul de încărcare și descărcare al condensatorului dacă este conectat la o sursă de EMF sinusoidal. .

Evident, tensiunea pe condensator este aceeași cu tensiunea la bornele generatorului. . Apoi încărcarea condensatorului

Deoarece curentul de încărcare al condensatorului nu este altceva decât derivata sarcinii condensatorului în raport cu timpul, obținem:

Să folosim formulele de reducere:

Observăm că curentul din circuitul care conține condensatorul variază în funcție de legea armonică cu frecvența variabilei EMF. Cu toate acestea, fazele tensiunii și curentului condensatorului sunt diferite. Curentul conduce tensiunea pe condensator cu .

Comparând graficele dependențelor curentului și tensiunii în timp, este ușor de observat că nu există o proporționalitate între valorile instantanee ale curentului și tensiunii. Cu alte cuvinte, Legea lui Ohm pentru valorile instantanee ale curentului și tensiunii nu este îndeplinită!

Să revenim la dependența curentului de timp

Valoarea din fața semnului cosinus este valoarea amplitudinii curentului

Valoarea maximă a curentului într-un circuit cu un condensator este direct proporțională cu valoarea maximă a tensiunii. Înseamnă că pentru valorile de amplitudine ale curentului și tensiunii, legea lui Ohm este îndeplinită.

Coeficientul de proporționalitate este conductivitatea secțiunii circuitului care conține condensatorul. Apoi valoarea joaca rolul de rezistenta, se numeste rezistenta capacitiva.

Capacitatea depinde nu numai de capacitatea condensatorului, ci și de frecvența curentului.Odată cu creșterea frecvenței curentului, rezistența condensatorului scade, iar amplitudinea curentului, dimpotrivă, crește. Astfel, condensatorul „trece” bine curentul de înaltă frecvență și curentul de joasă frecvență. Rezistența condensatorului devine infinit de mare dacă frecvența curentului , adică curentul continuu nu poate trece prin secțiunea care conține condensatorul (după cum am menționat mai devreme).

Sarcini active. Cele mai simple sarcini, în care toată energia consumată este transformată în căldură. Exemple sunt lămpile cu incandescență, încălzitoarele, sobele electrice, fiarele de călcat etc. Aici totul este simplu, dacă consumul lor total de putere este de 2 kW, exact 2 kW sunt suficienți pentru a le alimenta.

Sarcini reactive. Alte. Ele, la rândul lor, sunt împărțite în inductive și capacitive. Cel mai simplu exemplu este prima bobină, al doilea condensator. La consumatorii reactivi, energia este convertită nu numai în căldură, o parte din ea este cheltuită în alte scopuri, de exemplu, pentru formarea câmpurilor electromagnetice.

Măsura reactivității este așa-numita cosph. De exemplu, dacă este egal cu 0,8, atunci 20% din energie nu este convertită în căldură. Instrumentele indică, de obicei, consumul de energie „termic” și costul lor. Pentru a calcula consumul „real”, trebuie să împărțiți puterea la cosf. Exemplu: dacă burghiul spune „500 W” și „cos = 0,6”, aceasta înseamnă că de fapt unealta va „trage” din generator 500 0,6 = 833 W.

Rețineți: fiecare centrală pe benzină sau diesel are propriul său cost, care trebuie luat în considerare. De exemplu, dacă este egal cu 0,8, atunci pentru funcționarea burghiului menționat mai sus, vor fi necesari 833 W de la această unitate: 0,8 \u003d 1041 V * A W (wați).

Curenți mari de pornire. Orice motor electric la momentul pornirii consumă de câteva ori mai multă energie decât în modul normal. Pentru a nu intra în detalii tehnice, să folosim o analogie: imaginați-vă un cărucior greu stând pe o suprafață orizontală. Este nevoie de mult mai mult efort pentru a-l muta de la locul său decât pentru a-și menține viteza în viitor.

Supraîncărcarea de pornire în timp nu depășește fracțiuni de secundă, așa că principalul lucru este că minicentrala o poate rezista (expertii spun „înghiți”) fără a se opri și cu atât mai mult fără a eșua. Există un singur sfat aici: atunci când cumpărați, asigurați-vă că întrebați ce supraîncărcări de pornire sunt „prea dure” pentru unitatea pe care ați ales-o.

Apropo, din punct de vedere al curenților de pornire, unul dintre cele mai „îngrozitoare” dispozitive este o pompă submersibilă, în care la momentul pornirii consumul poate sări de 7-9 ori (situația 2). Acest lucru este de înțeles, spre deosebire de, să zicem, pompa nu are un burghiu la ralanti, ea trebuie imediat să înceapă să pompeze apă.

Sudori. De fapt, se recomandă utilizarea unor grupuri electrogene speciale pentru alimentarea lor cu energie. Ideea este că munca aparat de sudura din punctul de vedere al unei minicentrale, pare un scurtcircuit banal... Totuși, realitățile vieții sunt de așa natură încât cei mai mulți dintre noi nu ne putem permite două generatoare pe benzină sau diesel, trebuie să-l folosim pe cel care se află la mână. În acest caz, se recomandă (cel puțin) să „gătiți” nu direct, ci printr-un transformator de sudură.

Luați în considerare exemplul unui circuit de redresare cu jumătate de undă:

Figura prezintă dependențe grafice pentru curenți, tensiuni și putere instantanee pentru a explica procesele care au loc în circuitul de redresare.

În interval, potențialul pozitiv al fazei U 1 conduce dioda VD1, în timp ce energia reactivă se acumulează în inductorul L n

.

În intervalul VD1 rămâne deschis datorită curentului pozitiv al inductorului și energia inductorului este dată sursei U 1 (acest mod se numește invertor). Curentul supapei este absorbit. Întârzierea la oprire VD1 reduce nivelul tensiunii redresate, crescându-i ondulația.

Pentru a elimina influența inductanței de sarcină asupra formei tensiunii redresate, o diodă inversă VD 2 este conectată în paralel cu sarcina, care asigură descărcarea energiei reactive a inductorului în sarcină și, prin urmare, elimină supratensiunea negativă a tensiunea redresată.

Într-un circuit monofazat cu undă completă, rolul diodei inverse este jucat de una dintre diodele redresoare, care se aprinde prima.

Cu o semiundă pozitivă de tensiune U 1, curentul circulă prin circuit:

„+” U 1 VD1L n R n VD4”-“ U 1 .

Să presupunem că atunci când tensiunea U 1 trece prin zero în momentul schimbării polarității, dioda VD2 este prima care se aprinde. Apoi, resetarea energiei reactive va fi efectuată prin VD4 și VD2 inclus. Nu va exista un vârf de tensiune negativ în tensiunea redresată.

Sarcina rezistiv-capacitiva

Să luăm în considerare efectul sarcinii activ-capacitive asupra exemplului de funcționare a unui redresor cu punte monofazată.

Figura prezintă dependențele grafice ale curenților și tensiunilor, explicând procesele tranzitorii din circuit în momentul în care redresorul este conectat la sursa U 1.

Pe intervalul  sarcina U 1 >U С și în același timp, capacitatea C a filtrului de netezire este încărcată prin rezistența internă a legăturii redresoare. În acest caz, apare un curent pulsat mare, ale cărui valori sunt de 20 ... 40 de ori mai mari decât valoarea constantă a curentului mediu al supapei redresate. Acest lucru este deosebit de pronunțat la sursele de alimentare cu o intrare fără transformator. Pentru limitarea acestui curent se introduc rezistențe, termistoare sau rezistențe șuntate cu chei controlate, realizate pe triacuri, tiristoare sau dinistoare. Comutatoarele permit, ținând cont de timpul de stabilire a procesului tranzitoriu, limitarea curentului doar în momentul pornirii sursei de alimentare, prin urmare, eficiența și fiabilitatea redresorului cresc.

În intervalul de  ori, când tensiunea la nivelul capacității se egalizează cu tensiunea sursei, condensatorul este descărcat la sarcină. Odată cu creșterea curentului de sarcină, nivelul de ondulare al tensiunii redresate crește datorită scăderii circuit permanent descărcare  ori = R H C. În acest caz, acțiunile de netezire ale filtrului se înrăutățesc.

Când se calculează un redresor cu sarcină capacitivă, se utilizează metoda Terentiev - metoda nomogramei. Se bazează pe calculul coeficienților auxiliari în funcție de unghiul curgerii curentului prin supapă. Se introduce coeficientul A=f(), unde  este unghiul de curgere a curentului prin supapă. Pentru diverse scheme se dau redresoare, nomograme care se obtin experimental pentru diferite puteri si circuite redresoare. Calculul parametrilor U arr, I asr, I ad, U 2 , I 2 se realizează prin coeficienți auxiliari: B, C, D=f(A). Pentru a obţine conectarea curentului mediu prin supapă cu parametrul A, vom efectua integrarea pe intervalul . La derivarea relației, vom lua capacitatea condensatorului aproape de infinit (С), și tensiunea de prag a diodei egală cu zero. Pentru a obține curentul mediu prin supapă, mutăm axele de coordonate la mijlocul impulsului de curent și folosim ecuația pentru curentul mediu: (1)

,

(2).

Diagramele de mai jos explică derivarea relațiilor pentru U d .

Pe intervalul 2, curentul supapei coincide cu curentul de sarcină. Echivalăm (1) și (2) și împărțim paranteza interioară din expresia (1) la cos, obținem:

.

Circuit de dublare a tensiunii

Circuitul de dublare clasic (simetric) constă din două redresoare cu un singur ciclu, fiecare dintre ele utilizând propria sa tensiune de jumătate de undă.

Tensiunea de sarcină este suma tensiunilor la condensatoarele C1 și C2. Dacă ondulațiile sunt mici, atunci componenta constantă pe fiecare condensator este U 01 ≈ U 2 m, iar tensiunea la sarcină este U 0 ≈ 2U 2 m. În plus, adăugarea compensează prima și toate armonicile impare ale ondulațiilor. Prin urmare, circuitul se comportă ca un circuit push-pull, deși este format din două circuite cu un singur ciclu. Dezavantajul schemei de dublare simetrică, din punct de vedere al siguranței, este lipsa unui punct comun de sarcină și a unui transformator.

Se folosește și o schemă de dublare asimetrică, diferența sa față de cea anterioară este că sarcina are un punct comun cu transformatorul. Prin urmare, ele pot fi conectate la carcasă, în timp ce frecvența de ondulare principală este egală cu frecvența rețelei.

În acest circuit asimetric, condensatorul C1 îndeplinește funcția unui dispozitiv de stocare intermediar, nu participă la netezirea ondulațiilor, prin urmare indicatorii săi de greutate și dimensiune sunt mai rău decât cei ai unui dublator simetric. Cu toate acestea, există și avantaje. Diagrama poate fi prezentată astfel:

Rezultatul este o structură regulată care poate fi mărită și se poate obține un multiplicator de tensiune.

Sarcina poate fi conectată la orice grup de condensatori și poate obține o multiplicare pară sau impară. Diagrama arată o înmulțire pară - tensiunea la sarcina U 0 ≈ 6U m 2. De obicei, astfel de multiplicatori sunt asamblați sub forma unui singur bloc și umpluți cu un compus. Numărul de condensatori din circuit este egal cu factorul de multiplicare.

Ratele calculate pentru schemele luate în considerare pot fi găsite în cartea de referință. Dezavantajul circuitelor de multiplicare este rezistența lor internă ridicată și eficiența scăzută din cauza numărului mare de reîncărcări.

Redresoarele de înaltă tensiune fără transformator cu o încărcare simultană de n bucăți de condensatoare de stocare C 1 au o eficiență mai mare.

Cheile de încărcare și descărcare controlate K s și K r funcționează sincron și în antifază. condensatoarele C 1 sunt încărcate în paralel din rețea și sunt descărcate secvenţial la sarcină prin cheile de biți K p. În acest caz, tensiunea la sarcină este de n ori mai mare decât amplitudinea tensiunii de rețea.