แหล่งจ่ายไฟฟ้าคืออะไร?

คนสมัยใหม่ต้องเผชิญกับไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องในชีวิตประจำวันและที่ทำงาน ใช้อุปกรณ์ที่ใช้กระแสไฟฟ้าและอุปกรณ์ที่สร้างกระแสไฟฟ้า เมื่อทำงานกับพวกเขา คุณควรคำนึงถึงความสามารถที่มีอยู่ในลักษณะทางเทคนิคเสมอ

หนึ่งในตัวบ่งชี้หลักของอุปกรณ์ไฟฟ้าคือปริมาณทางกายภาพ เช่น พลังงานไฟฟ้า... เป็นเรื่องปกติที่จะเรียกความเข้มหรือความเร็วของการสร้าง การส่ง หรือการแปลงไฟฟ้าเป็นพลังงานประเภทอื่น เช่น ความร้อน แสง เครื่องกล

การขนส่งหรือถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้าขนาดใหญ่เพื่อการอุตสาหกรรมได้ดำเนินการตาม สายไฟฟ้าแรงสูง.

การเปลี่ยนแปลง พลังงานไฟฟ้า ดำเนินการที่สถานีย่อยของหม้อแปลงไฟฟ้า

การใช้ไฟฟ้าเกิดขึ้นในครัวเรือนและอุปกรณ์อุตสาหกรรมเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ หนึ่งในประเภททั่วไปของพวกเขาคือ หลอดไส้ของการให้คะแนนต่างๆ.

พลังงานไฟฟ้าของเครื่องกำเนิด สายไฟ และผู้บริโภคในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงและไฟฟ้ากระแสสลับมีความหมายทางกายภาพเหมือนกัน ซึ่งแสดงพร้อมกันในอัตราส่วนที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับรูปร่างของสัญญาณประกอบ เพื่อกำหนดรูปแบบทั่วไป แนวคิดของค่าทันที... พวกเขาเน้นย้ำอีกครั้งถึงการพึ่งพาอัตราการเปลี่ยนแปลงของไฟฟ้าตรงเวลา

การกำหนดพลังงานไฟฟ้าทันที

ในวิศวกรรมไฟฟ้าเชิงทฤษฎี เพื่อให้ได้มาซึ่งความสัมพันธ์พื้นฐานระหว่างกระแส แรงดัน และกำลัง จะใช้ภาพในรูปของค่าทันทีซึ่งคงที่ ณ เวลาใดเวลาหนึ่ง

หากในช่วงเวลาสั้น ๆ ∆t ประจุไฟฟ้าเบื้องต้น q ภายใต้อิทธิพลของแรงดันไฟฟ้า U เคลื่อนที่จากจุด «1» ไปยังจุด «2» แสดงว่าการทำงานนั้นมีค่าเท่ากับความต่างศักย์ระหว่างจุดเหล่านี้ หารด้วยช่วงเวลา ∆t เราจะได้นิพจน์สำหรับพลังงานทันทีต่อหน่วยการชาร์จ Pe (1-2)

เนื่องจากไม่เพียง แต่ประจุเดียวจะเคลื่อนที่ภายใต้การกระทำของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ แต่ยังรวมถึงประจุที่อยู่ติดกันทั้งหมดที่อยู่ภายใต้อิทธิพลของแรงนี้ด้วยจำนวนที่แทนด้วยตัวเลข Q อย่างสะดวกจากนั้นค่าทันทีของพลังงาน PQ (1-2) สามารถเขียนให้พวกเขาได้

หลังจากทำการแปลงอย่างง่าย เราได้รับนิพจน์สำหรับกำลัง P และการพึ่งพาค่าทันที p (t) บนส่วนประกอบของผลิตภัณฑ์ของกระแสทันที i (t) และแรงดัน u (t)

การหาค่าพลังงานไฟฟ้าคงที่

วี วงจรไฟฟ้ากระแสตรง ขนาดของแรงดันตกในส่วนวงจรและกระแสที่ไหลผ่านจะไม่เปลี่ยนแปลงและคงที่เท่ากับค่าทันทีดังนั้นพลังในวงจรนี้สามารถกำหนดได้โดยการคูณค่าเหล่านี้หรือหารงานที่สมบูรณ์แบบ A ตามระยะเวลาของการดำเนินการดังที่แสดงในภาพอธิบาย

การหากำลังไฟฟ้ากระแสสลับ

กฎของการแปรผันของกระแสและแรงดันไฟฟ้าไซน์ที่ส่งผ่านเครือข่ายไฟฟ้ากำหนดอิทธิพลของพวกเขาต่อการแสดงออกของพลังงานในวงจรดังกล่าว พลังงานปรากฏเข้ามามีบทบาทที่นี่ ซึ่งอธิบายโดยสามเหลี่ยมกำลังและประกอบด้วยส่วนประกอบที่แอคทีฟและรีแอคทีฟ

กระแสไฟฟ้าไซน์เมื่อผ่านสายไฟที่มีโหลดแบบผสมในทุกส่วนจะไม่เปลี่ยนรูปร่างของฮาร์มอนิกและแรงดันตกที่โหลดรีแอกทีฟจะเปลี่ยนเฟสในทิศทางที่แน่นอน การแสดงค่าโมเมนต์ช่วยให้เข้าใจผลกระทบของโหลดที่ใช้กับการเปลี่ยนแปลงกำลังในวงจรและทิศทางของมัน

ในเวลาเดียวกันให้ใส่ใจกับความจริงที่ว่าทิศทางของการไหลของกระแสจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไปยังผู้บริโภคและกำลังที่ส่งผ่านวงจรที่สร้างขึ้นนั้นแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง ซึ่งในบางกรณีอาจไม่เพียง แต่ไม่ตรงกันเท่านั้น แต่ยังเป็น มุ่งไปในทิศทางตรงกันข้าม

พิจารณาความสัมพันธ์เหล่านี้ในอุดมคติ การสำแดงที่บริสุทธิ์สำหรับการโหลดประเภทต่างๆ:

• คล่องแคล่ว;

• ความจุ;

• อุปนัย

การกระจายพลังงานโหลดที่ใช้งานอยู่

เราจะถือว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสร้างแรงดันไฟฟ้าไซน์ในอุดมคติ u ซึ่งนำไปใช้กับความต้านทานที่ใช้งานอย่างหมดจดของวงจร แอมมิเตอร์ A และโวลต์มิเตอร์ V วัดกระแส I และแรงดัน U แต่ละครั้ง t

กราฟแสดงให้เห็นว่าไซน์ซอยด์ของกระแสและแรงดันตกคร่อมความต้านทานที่แอคทีฟตรงกันในความถี่และเฟส ทำให้เกิดการสั่นแบบเดียวกัน แรงที่แสดงออกโดยผลิตภัณฑ์จะแกว่งเป็นสองเท่าของความถี่และยังคงเป็นค่าบวกเสมอ

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

ถ้าเราไปที่นิพจน์ แรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานแล้วเราจะได้: p = P ∙ (1-cos2ωt)

จากนั้นเราจะรวมพลังงานในช่วงเวลาหนึ่งการสั่น T และเราจะสังเกตเห็นได้ว่าพลังงานที่ได้รับ ∆W ในช่วงเวลานี้เพิ่มขึ้น เมื่อเวลาผ่านไป ความต้านทานจะยังคงใช้ไฟฟ้าส่วนใหม่ต่อไป ดังที่แสดงในกราฟ

ด้วยโหลดปฏิกิริยา ลักษณะของการใช้พลังงานจะแตกต่างกัน และมีรูปร่างที่แตกต่างกัน

การกระจายพลังงานแบบ Capacitive

ในวงจรไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าให้แทนที่องค์ประกอบตัวต้านทานด้วยตัวเก็บประจุของความจุ C

ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสและแรงดันตกในความจุแสดงเป็นอัตราส่วน: I = C ∙ dU / dt = ω ∙ C ∙ Um ∙ cosωt

เราคูณค่าของนิพจน์ปัจจุบันทันทีด้วยแรงดันและรับค่าของพลังงานที่ใช้โดยโหลดแบบ capacitive

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

ที่นี่คุณจะเห็นว่าพลังงานมีความผันผวนประมาณศูนย์ที่ความถี่สองเท่าของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ ค่ารวมของคาบฮาร์มอนิกและค่าพลังงานที่เพิ่มขึ้นจะเป็นศูนย์

ซึ่งหมายความว่าพลังงานเคลื่อนที่ไปตามวงจรปิดของวงจรทั้งสองทิศทาง แต่ไม่มีผลข้อเท็จจริงดังกล่าวอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่อแรงดันไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดเพิ่มขึ้นในค่าสัมบูรณ์ พลังงานจะเป็นบวก และพลังงานที่ไหลผ่านวงจรจะถูกส่งตรงไปยังคอนเทนเนอร์ซึ่งมีการสะสมพลังงาน

หลังจากแรงดันไฟฟ้าผ่านไปยังส่วนฮาร์มอนิกที่ตกลงมา พลังงานจะถูกส่งกลับจากตัวเก็บประจุไปยังวงจรไปยังแหล่งที่มา ไม่มีการทำงานที่เป็นประโยชน์ในทั้งสองกระบวนการ

การกระจายพลังงานในโหลดอุปนัย

ตอนนี้ในวงจรจ่ายให้เปลี่ยนตัวเก็บประจุด้วยตัวเหนี่ยวนำ L

ที่นี่กระแสผ่านตัวเหนี่ยวนำแสดงด้วยอัตราส่วน:

I = 1 / L∫udt = -Um / ωL ∙ cos ωt

จากนั้นเราจะได้รับ

p = u ∙ i = อืม ∙ sinωt ∙ ωC ∙ (-Um / ωL ∙ cosωt) = — Um2/ ωL ∙ sinωt ∙ cosωt = -Um2/ (2ХL) ∙ sin2ωt = -U2/ (2ХL) ∙ sin2ωt

การแสดงออกที่เกิดขึ้นทำให้เราเห็นธรรมชาติของการเปลี่ยนแปลงในทิศทางของกำลังและการเพิ่มขึ้นของพลังงานในตัวเหนี่ยวนำ ซึ่งทำการสั่นแบบเดียวกับที่ไร้ประโยชน์ในการทำงานเช่นเดียวกับความจุ

พลังงานที่ปล่อยออกมาในโหลดรีแอกทีฟเรียกว่าส่วนประกอบรีแอกทีฟ ในสภาวะที่เหมาะสมที่สุด เมื่อสายเชื่อมต่อไม่มีความต้านทาน ดูเหมือนว่าจะไม่เป็นอันตรายและไม่ก่อให้เกิดอันตรายใดๆ แต่ในสภาพพลังงานจริง ความผันผวนชั่วคราวและพลังงานปฏิกิริยาเป็นระยะทำให้เกิดความร้อนขององค์ประกอบที่ใช้งานทั้งหมด รวมถึงสายเชื่อมต่อ ซึ่งพลังงานบางส่วนถูกใช้ไปและค่าของกำลังไฟฟ้าเต็มที่ที่ใช้ของแหล่งกำเนิดจะลดลง

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างองค์ประกอบปฏิกิริยาของพลังงานคือมันไม่ได้ทำงานที่เป็นประโยชน์เลย แต่นำไปสู่การสูญเสียพลังงานไฟฟ้าและภาระส่วนเกินบนอุปกรณ์ซึ่งเป็นอันตรายอย่างยิ่งในสถานการณ์วิกฤต

ด้วยเหตุผลเหล่านี้ เพื่อขจัดอิทธิพลของพลังงานปฏิกิริยา โดยเฉพาะ ระบบทางเทคนิคสำหรับการชดเชย.

การกระจายกำลังที่โหลดแบบผสม

ตัวอย่างเช่น เราใช้โหลดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีคุณลักษณะแบบแอคทีฟคาปาซิทีฟ

เพื่อลดความซับซ้อนของภาพไซน์ของกระแสและแรงดันไฟฟ้าจะไม่แสดงในกราฟที่กำหนด แต่ควรระลึกไว้เสมอว่าด้วยธรรมชาติของโหลดแบบแอคทีฟคาปาซิทีฟเวกเตอร์ปัจจุบันจะนำไปสู่แรงดันไฟฟ้า

p = u ∙ i = อืม ∙ sinωt ∙ ωC ∙ ฉัน ∙ บาป (ωt + φ).

หลังจากการแปลงเราจะได้: p = P ∙ (1- cos 2ωt) + Q ∙ sin2ωt

คำสองคำนี้ในนิพจน์สุดท้ายคือองค์ประกอบเชิงรุกและเชิงปฏิกิริยาของพลังปรากฏชัดชั่วขณะ เฉพาะสิ่งแรกเท่านั้นที่ทำงานที่เป็นประโยชน์

เครื่องมือวัดกำลัง

ในการวิเคราะห์ปริมาณการใช้ไฟฟ้าและคำนวณจะใช้อุปกรณ์วัดซึ่งเรียกกันมานานแล้ว «เคาน์เตอร์»… งานของพวกเขาขึ้นอยู่กับการวัดค่าที่มีประสิทธิภาพของกระแสและแรงดันและคูณด้วยข้อมูลเอาต์พุตโดยอัตโนมัติ

มิเตอร์แสดงการใช้พลังงานโดยการนับเวลาการทำงานของเครื่องใช้ไฟฟ้าแบบเพิ่มขึ้นจากช่วงเวลาที่เปิดมิเตอร์ภายใต้ภาระ

ในการวัดองค์ประกอบที่ใช้งานของพลังงานในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ วัตต์มิเตอร์และรีแอกทีฟ - วาร์มิเตอร์ พวกเขามีการกำหนดหน่วยที่แตกต่างกัน:

• วัตต์ (W, W);

• วาร์ (วาร์, วาร์, วาร์)

ในการพิจารณาการใช้พลังงานทั้งหมดจำเป็นต้องคำนวณค่าโดยใช้สูตรสามเหลี่ยมกำลังตามการอ่านวัตต์และวาร์มิเตอร์ แสดงเป็นหน่วยของตัวเอง - โวลต์-แอมแปร์

การกำหนดหน่วยของแต่ละหน่วยที่ได้รับการยอมรับช่วยให้ช่างไฟฟ้าสามารถตัดสินได้ไม่เพียง แต่มูลค่าของมันเท่านั้น แต่ยังรวมถึงลักษณะของส่วนประกอบพลังงานด้วย