В предыдущей статье я обещал, что напишу статью про треугольник... Нет, не любовный.... Треугольник мощностей.
Это, как всегда, из области электротехники....
Все вы наверное видели на упаковке только что купленного электросчётчика запись вроде: "Счётчик ватт-часов активной энергии". А вот тут то и кроется самое интересное... Дело в том, что всем известный закон Ома, который проходят в 8 классе дан для участка цепи постоянного тока. Но у нас то в сети ток переменный.... Значит и закон Ома для него должен быть свой.... Вот об этом я сейчас и хочу рассказать.
Итак, всем известно, что любой прибор имеет своё некоторое сопротивление, но оно неизбежно имеет свою емкостную и/или индуктивную составляющую.
Для начала рассмотрим поведение ёмкости (конденсатора) в цепи постоянного и переменного тока.
Сперва стоит внимательно посмотреть на график
Как следует из графика, конденсатор заряжается, при этом напряжение на нём возрастает, а зарядный ток уменьшается. Следовательно сопротивление конденсатора возрастает и стремиться к бесконечности. Если через конденсатор пропускать постоянный ток, то процесс зарядки будет однократным. Но стоит сменить полярность, и процесс зарядки начинается снова.
Теперь рассмотрим график функции переменного тока:
Кто знаком с математикой уже догадался, что это график функции синуса. Это именно так, упрощённо функция переменного тока выглядит так:
Исходя из написанного выше и графика функции переменного тока, не трудно догадаться, что направление тока, протекающего через конденсатор попеременно изменяется, следовательно и цикл зарядки-разрядки повторяется.
ВНИМАНИЕ! Электролитические конденсаторы имеют определённую полярность, и при переполюсовке или подключении к цепи переменного тока могут взорваться!!!
Таким образом конденсатор в цепи переменного тока имеет некоторое сопротивление, называемое емкостным. Его значение определяется формулой ниже:
При этом ток в конденсаторе опережает напряжение по фазе на 90 гр.:
Итак, с конденсатором разобрались, теперь идём дальше. На очереди индуктивность.
Из курса физики известно, что индуктивность так же, как и конденсатор накапливает энергию.
Исходя из приведённого выше графика поведение индуктивности противоположно поведению ёмкости. То есть в цепи постоянного тока катушка индуктивности представляет собой некоторое сопротивление, значение которого пренебрежимо мало, а цепи переменного тока - наоборот.
Теперь приведём формулу для расчёта индуктивного сопротивления:
Следовательно ток в индуктивности отстаёт по фазе от напряжения на 90 гр.:
Так, с катушкой индуктивности разобрались.
Таким образом в цепи переменного тока присутствует активное (как и в цепи постоянного тока), реактивное (ёмкостное и/или индуктивное) и полное сопротивления. В итоге получаем треугольник сопротивлений.
Применив теорему Пифагора, получим выражение для полного сопротивления цепи:
Таким образом закон Ома для участка цепи переменного тока имеет вид:
Следовательно в цепи переменного тока имеется активная, реактивная и полная мощности. В итоге получаем треугольник мощностей:
Аналогично с треугольником сопротивлений, S - полная мощность (измеряется в вольт-амперах (ВА), Р - активная мощность (Вт) и Q - реактивная мощность (измеряется в вольт-ампер реактивных (ВАр)).
Теперь следует обратить внимание на угол между гипотенузой (S) и катетом (Р). Косинус этого угла ещё называют коэффциентом мощности
Теперь выразим мощность через сопротивление, используя закон Ома для участка цепи постоянного тока:
Теперь заменим в этой формуле сопротивление R на полное сопротивление Z, а мощность Р - на полную мощность S:
Таким образом мы получили зависимость полной мощности от активной и реактивной составляющих эквивалентного сопротивления электрооборудования.
Теперь выразим активную мощность (Р) через коэффициент мощности:
Теперь стоит упомянуть о значениях коэффициента мощности некоторых приборов, а так же о том, как его можно повысить.
Так, например, нагревательные приборы и знаменитые лампочки Ильича имеют коэффициент мощности приблизительно равный 1. Почему приблизительно? - да потому, что ничего идеального не существует...
Приборы содержащие в своём составе электродвигатель имеют индуктивный характер нагрузки, а косинус фи составляет в среднем 0,6, в зависимости от типа двигателя, обычно это указано на шильдике самого двигателя. К таким приборам можно отнести холодильники, электропилы, дрели, насосы и др.
Компьютеры и другие приборы имеющие импульсный источник питания имеют коэффициент мощности приблизительно равный 0,8-0,9, но встречаются некачественные блоки питания, не оснащённые корректором коэффициента мощности, в результате чего их косинус фи становится низким, а нагрузка имеет ёмкостной характер.
Чаще всего зарядные устройства различных гаджетов не имеют встроенного корректора коэффициента мощности.
Для повышения коэффициента мощности можно использовать дросселя и конденсаторы, так, если нагрузка имеет индуктивный характер параллельно ей можно установить конденсатор. В случае, если нагрузка имеет ёмкостной характер последовательно с ней можно включить дроссель. Это называется пассивным корректором коэффициента мощности, а формулы для его расчёта можно попробовать вывести самостоятельно из имеющихся в этой статье формул, а можно и определить эмпирическим способом - методом тыка.
Тема следующей статьи - "Коэффициент мощности".
