ما هو التزويد بالكهرباء؟

يواجه الإنسان المعاصر الكهرباء باستمرار في الحياة اليومية وفي العمل ، ويستخدم الأجهزة التي تستهلك التيار الكهربائي والأجهزة التي تولده. عند العمل معهم ، يجب أن تأخذ دائمًا في الاعتبار قدراتهم المتأصلة في الخصائص التقنية.

أحد المؤشرات الرئيسية لأي جهاز كهربائي هو الكمية المادية مثل الطاقة الكهربائية ... من المعتاد استدعاء كثافة أو سرعة توليد أو نقل أو تحويل الكهرباء إلى أنواع أخرى من الطاقة ، على سبيل المثال ، الحرارة ، الضوء ، ميكانيكي.

يتم نقل أو نقل الطاقة الكهربائية الكبيرة للأغراض الصناعية وفقًا لـ خطوط طاقة عالية الجهد.

تحويل طاقة كهربائية يتم تنفيذها في المحولات الفرعية.

يحدث استهلاك الكهرباء في الأجهزة المنزلية والصناعية لأغراض مختلفة. أحد أنواعها الشائعة المصابيح المتوهجة من مختلف التصنيفات.

الطاقة الكهربائية للمولدات وخطوط الطاقة والمستهلكين في دارات التيار المستمر والتيار المتردد لها نفس المعنى المادي ، والذي يتم التعبير عنه في نفس الوقت بنسب مختلفة اعتمادًا على شكل الإشارات المركبة. لتحديد الأنماط العامة ، ومفاهيم القيم الآنية ... يؤكدون مرة أخرى على اعتماد معدل تحويل الكهرباء في الوقت المناسب.

تحديد الطاقة الكهربائية اللحظية

في الهندسة الكهربائية النظرية ، من أجل اشتقاق العلاقات الأساسية بين التيار والجهد والقوة ، يتم استخدام صورهم في شكل قيم لحظية ، والتي يتم تثبيتها في نقطة زمنية معينة.

إذا تحركت شحنة أولية واحدة q تحت تأثير الجهد U من النقطة "1" إلى النقطة "2" في فترة زمنية قصيرة جدًا ، فإنها تؤدي عملاً مساويًا لفرق الجهد بين هذه النقاط. بقسمتها على الفترة الزمنية ∆t ، نحصل على التعبير عن القدرة اللحظية لكل وحدة شحنة Pe (1-2).

نظرًا لأن الشحنة المفردة لا تتحرك فقط تحت تأثير الجهد المطبق ، ولكن أيضًا كل الشحنة المجاورة التي تخضع لتأثير هذه القوة ، والتي يتم تمثيل عددها بشكل ملائم بالرقم Q ، ثم القيمة اللحظية للقدرة PQ (1-2) يمكن أن يكتب لهم.

بعد إجراء تحويلات بسيطة ، نحصل على التعبير عن القدرة P واعتماد قيمتها الآنية p (t) على مكونات منتج التيار اللحظي i (t) والجهد u (t).

تحديد الطاقة الكهربائية الثابتة

الخامس دارات التيار المستمر حجم انخفاض الجهد في قسم الدائرة والتيار المتدفق من خلاله لا يتغير ويبقى ثابتًا ، مساوٍ للقيم اللحظية.لذلك ، يمكن تحديد القدرة في هذه الدائرة بضرب هذه القيم أو قسمة العمل المثالي A على فترة تنفيذه ، كما هو موضح في الصورة التوضيحية.

تحديد التيار الكهربائي المتردد

تفرض قوانين الاختلاف الجيبي للتيارات والفولتية المنقولة عبر الشبكات الكهربائية تأثيرها على التعبير عن الطاقة في مثل هذه الدوائر. تلعب القوة الظاهرة هنا ، والتي يصفها مثلث القوة وتتكون من مكونات نشطة ومتفاعلة.

لا يغير التيار الكهربائي الجيبي عند المرور عبر خطوط الطاقة مع أنواع مختلطة من الأحمال في جميع الأقسام شكل التوافقي الخاص به ، وينتقل انخفاض الجهد عند الأحمال التفاعلية في الطور في اتجاه معين. تساعد تعبيرات القيمة اللحظية على فهم تأثير الأحمال المطبقة على تغير الطاقة في الدائرة واتجاهها.

في الوقت نفسه ، انتبه على الفور إلى حقيقة أن اتجاه تدفق التيار من المولد إلى المستهلك والطاقة المنقولة عبر الدائرة التي تم إنشاؤها هما أشياء مختلفة تمامًا ، والتي قد لا تتزامن في بعض الحالات فحسب ، بل تكون أيضًا موجهة في اتجاهين متعاكسين.

ضع في اعتبارك هذه العلاقات في مظهرها المثالي والنقي لأنواع مختلفة من الأحمال:

• نشيط؛

• بالسعة.

• استقرائية.

نشط تبديد طاقة الحمل

سنفترض أن المولد ينتج جهدًا جيبيًا مثاليًا u والذي يتم تطبيقه على المقاومة النشطة البحتة للدائرة. مقياس التيار A والفولتميتر V يقيسان التيار I والجهد U في كل مرة t.

يوضح الرسم البياني أن أشباه الجيوب للتيار والجهد تنخفض عبر المقاومة النشطة تتطابق في التردد والمرحلة ، مما يؤدي إلى نفس التذبذبات. تتأرجح القوة التي يعبر عنها ناتجها بضعف التردد وتبقى دائمًا موجبة.

p = u ∙ i = Um ∙ sinωt ∙ Um / R ∙ sinωt = Um2 / R sin2ωt = Um2 / 2R ∙ (1-cos2ωt).

إذا ذهبنا إلى التعبير جهد التشغيل، ثم نحصل على: p = P ∙ (1-cos2ωt).

سنقوم بعد ذلك بدمج القدرة على مدار فترة تذبذب واحد T وسنكون قادرين على ملاحظة زيادة اكتساب الطاقة ∆W خلال هذه الفترة. بمرور الوقت ، تستمر المقاومة في استهلاك أجزاء جديدة من الكهرباء ، كما هو موضح في الرسم البياني.

مع الأحمال التفاعلية ، تختلف خصائص استهلاك الطاقة ، ولها شكل مختلف.

تبديد الطاقة بالسعة

في الدائرة الكهربائية للمولد ، استبدل العنصر المقاوم بمكثف السعة C.

يتم التعبير عن العلاقة بين التيار وانخفاض الجهد في السعة من خلال النسبة: I = C ∙ dU / dt = ω ∙ C ∙ Um ∙ cosωt.

نضرب قيم التعبيرات اللحظية للتيار مع الجهد ونحصل على قيمة الطاقة التي يستهلكها الحمل السعوي.

p = u ∙ i = Um ∙ sinωt ∙ C ∙ Um ∙ cosωt = ω ∙ C ∙ Um2 ∙ sinωt ∙ cosωt = Um2 / (2X ° C) ∙ sin2ωt = U2 / (2X ° C) ∙ sin2ωt.

هنا يمكنك أن ترى أن الطاقة تتقلب حول الصفر بضعف تردد الجهد المطبق. قيمتها الإجمالية للفترة التوافقية ، وكذلك كسب الطاقة ، هي صفر.

هذا يعني أن الطاقة تتحرك على طول الدائرة المغلقة للدائرة في كلا الاتجاهين ، لكنها لا تعمل.يتم تفسير هذه الحقيقة من خلال حقيقة أنه عندما يزداد جهد المنبع بالقيمة المطلقة ، تكون الطاقة موجبة ، ويتم توجيه تدفق الطاقة عبر الدائرة إلى الحاوية ، حيث تتراكم الطاقة.

بعد مرور الجهد إلى القسم التوافقي الساقط ، يتم إرجاع الطاقة من المكثف إلى الدائرة إلى المصدر. لا يوجد عمل مفيد يتم القيام به في أي من العمليتين.

تبديد الطاقة في الحمل الاستقرائي

الآن ، في دائرة الإمداد ، استبدل المكثف بمحاثة L.

هنا يتم التعبير عن التيار من خلال المحاثة بالنسبة:

أنا = 1 / لودت = -Um / L ∙ cos t.

ثم نحصل

p = u ∙ i = Um ∙ sinωt ∙ C ∙ (-Um / L ∙ cosωt) = - Um2 / L ∙ sinωt ∙ cosωt = -Um2 / (2ХL) ∙ sin2ωt = -U2 / (2ХL) ∙ sin2ωt.

تسمح لنا التعبيرات الناتجة برؤية طبيعة التغيير في اتجاه القوة وزيادة الطاقة على المحاثة ، والتي تؤدي نفس التذبذبات غير المجدية للقيام بالعمل ، كما هو الحال في السعة.

تسمى الطاقة المنبعثة في الأحمال التفاعلية المكون التفاعلي. في الظروف المثالية ، عندما لا يكون للأسلاك الموصلة مقاومة نشطة ، فإنها تبدو غير ضارة ولا تسبب أي ضرر. ولكن في ظروف الطاقة الحقيقية ، تؤدي التحولات الدورية وتقلبات الطاقة التفاعلية إلى تسخين جميع العناصر النشطة ، بما في ذلك أسلاك التوصيل ، التي يتم استهلاك بعض الطاقة لها وتقل قيمة الطاقة الكاملة المطبقة للمصدر.

يتمثل الاختلاف الرئيسي بين المكون التفاعلي للطاقة في أنه لا يؤدي عملاً مفيدًا على الإطلاق ، ولكنه يؤدي إلى فقد الطاقة الكهربائية والأحمال الزائدة على المعدات ، والتي تكون خطيرة بشكل خاص في المواقف الحرجة.

لهذه الأسباب ، للقضاء على تأثير القوة التفاعلية ، خاصة الأنظمة التقنية لتعويضها.

توزيع الطاقة بأحمال مختلطة

على سبيل المثال ، نستخدم حمولة المولد بخاصية سعوية نشطة.

لتبسيط الصورة ، لا تظهر الجيوب الأنفية للتيارات والفولتية في الرسم البياني المعطى ، ولكن يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه مع الطبيعة السعة النشطة للحمل ، يقود متجه التيار الجهد.

p = u ∙ i = Um ∙ sinωt ∙ C ∙ Im ∙ sin (t +).

بعد التحولات نحصل على: p = P ∙ (1- cos 2ωt) + Q ∙ sin2ωt.

هذان المصطلحان في التعبير الأخير هما المكونان النشط والمتفاعل للقوة الظاهرية اللحظية. فقط أولها يقوم بعمل مفيد.

أدوات قياس القوة

لتحليل استهلاك الكهرباء وحسابه ، يتم استخدام أجهزة القياس التي لطالما سميت «عدادات»... يعتمد عملهم على قياس القيم الفعالة للتيار والجهد وضربها تلقائيًا بمخرجات المعلومات.

تعرض العدادات استهلاك الطاقة عن طريق حساب وقت تشغيل الأجهزة الكهربائية على أساس تدريجي من لحظة تشغيل العداد تحت الحمل.

لقياس المكون النشط للطاقة في دوائر التيار المتردد ، الواط، ورد الفعل - varmeters. لديهم تسميات مختلفة للوحدات:

• واط (W ، W) ؛

• var (var ، var ، var).

لتحديد إجمالي استهلاك الطاقة ، من الضروري حساب قيمته باستخدام معادلة مثلث الطاقة بناءً على قراءات مقياس الواطميتر ومقياس الحرارة. يتم التعبير عنها في وحداتها الخاصة - فولت أمبير.

تساعد التعيينات المقبولة لوحدات كل كهربائيين على الحكم ليس فقط على قيمتها ، ولكن أيضًا على طبيعة مكون الطاقة.