วิธีหากำลังไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

ไฟ AC ไม่เหมือนกับไฟ DC ทุกคนทราบดีว่าไฟฟ้ากระแสตรงสามารถให้ความร้อนแก่โหลดที่ใช้งานอยู่ R และถ้าคุณเริ่มจ่ายไฟให้กับวงจรที่มีตัวเก็บประจุ C ด้วยไฟฟ้ากระแสตรง ทันทีที่มีการชาร์จประจุ ตัวเก็บประจุนี้จะไม่ให้กระแสผ่านวงจรอีกต่อไป

ขดลวด L ในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงมักจะทำตัวเหมือนแม่เหล็ก โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีแกนเฟอร์โรแมกเนติก ในกรณีนี้ สายนำของขดลวดที่มีความต้านทานแบบแอกทีฟจะไม่แตกต่างจากตัวต้านทาน R ที่ต่ออนุกรมกับขดลวด (และมีค่าพิกัดเท่ากับความต้านทานโอห์มมิกของสายขดลวด)

ไม่ว่าจะด้วยวิธีใด ในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงซึ่งโหลดประกอบด้วยองค์ประกอบแบบพาสซีฟเท่านั้น กระบวนการชั่วคราว พวกเขาจบลงเกือบจะทันทีที่เธอเริ่มให้อาหารและไม่แสดงอีกต่อไป

กระแสสลับและองค์ประกอบปฏิกิริยา

สำหรับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ สภาวะชั่วคราวในวงจรมีความสำคัญมากที่สุด หากไม่มีความสำคัญ และองค์ประกอบใด ๆ ของวงจรดังกล่าวไม่เพียงสามารถกระจายพลังงานในรูปของความร้อนหรืองานทางกลเท่านั้น แต่ยังมีความสามารถน้อยที่สุดอีกด้วย การสะสมพลังงานในรูปของสนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กจะส่งผลต่อกระแส ทำให้เกิดการตอบสนองที่ไม่เป็นเชิงเส้น ซึ่งไม่เพียงขึ้นอยู่กับความกว้างของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้เท่านั้น แต่ยังรวมถึงความถี่ของกระแสที่ผ่านไปด้วย

ดังนั้น ด้วยไฟฟ้ากระแสสลับ พลังงานไม่ได้กระจายไปในรูปของความร้อนบนองค์ประกอบที่ใช้งานเท่านั้น แต่พลังงานบางส่วนยังถูกสะสมอย่างต่อเนื่องและส่งกลับไปยังแหล่งพลังงาน ซึ่งหมายความว่าองค์ประกอบ capacitive และอุปนัยต้านทานการผ่านของกระแสสลับ

ในวงจร กระแสสลับไซน์ ตัวเก็บประจุจะถูกชาร์จครั้งแรกเป็นเวลาครึ่งช่วง และในช่วงครึ่งถัดไปจะคายประจุ ปล่อยประจุกลับคืนสู่แหล่งจ่ายไฟหลัก และต่อไปเรื่อยๆ ในแต่ละช่วงครึ่งของคลื่นไซน์หลัก ตัวเหนี่ยวนำในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับสร้างสนามแม่เหล็กในช่วงไตรมาสแรกของช่วงเวลา และในช่วงไตรมาสถัดไปสนามแม่เหล็กนั้นจะลดลง พลังงานในรูปของกระแสจะกลับคืนสู่แหล่งกำเนิด นี่คือลักษณะการทำงานของโหลดแบบ capacitive และ inductive ล้วน ๆ

ด้วยโหลดแบบคาปาซิทีฟล้วน ๆ กระแสจะนำไปสู่แรงดันไฟฟ้าหนึ่งในสี่ของช่วงเวลาของคลื่นไซน์หลักนั่นคือ 90 องศาหากดูตรีโกณมิติ (เมื่อแรงดันไฟฟ้าในตัวเก็บประจุถึงค่าสูงสุด กระแสที่ผ่านจะเป็นศูนย์ และเมื่อแรงดันเริ่มผ่านศูนย์ กระแสในวงจรโหลดจะสูงสุด)

ด้วยโหลดอุปนัยล้วนๆ กระแสจะลดแรงดันไฟฟ้าลง 90 องศา นั่นคือจะล่าช้าไปหนึ่งในสี่ของช่วงไซน์ (เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับตัวเหนี่ยวนำมีค่าสูงสุด กระแสจะเริ่มเพิ่มขึ้นเท่านั้น) สำหรับโหลดที่ใช้งานล้วน ๆ กระแสและแรงดันจะไม่ล้าหลังกันในทุกช่วงเวลานั่นคืออยู่ในเฟสอย่างเคร่งครัด

รวม กำลังปฏิกิริยาและกำลังแอคทีฟ ตัวประกอบกำลัง

ปรากฎว่าหากโหลดในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับไม่ทำงานอย่างสมบูรณ์ ส่วนประกอบปฏิกิริยาจำเป็นต้องมีอยู่ในนั้น: ส่วนประกอบที่มีส่วนประกอบอุปนัยของขดลวดของหม้อแปลงและเครื่องไฟฟ้า ตัวเก็บประจุและองค์ประกอบ capacitive อื่น ๆ ที่มีส่วนประกอบ capacitive แม้แต่ความเหนี่ยวนำของสายไฟ ฯลฯ .n.

เป็นผลให้ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ แรงดันและกระแสอยู่นอกเฟส (ไม่อยู่ในเฟสเดียวกัน หมายความว่าค่าสูงสุดและค่าต่ำสุดไม่ตรงกับค่าสูงสุด — กับค่าสูงสุด และค่าต่ำสุดตรงกับค่าต่ำสุดพอดี) และ มีความล่าช้าของกระแสจากแรงดันไฟฟ้าเสมอในมุมหนึ่งซึ่งมักจะเรียกว่า phi และเรียกขนาดของโคไซน์พี ตัวประกอบกำลังเนื่องจากโคไซน์พีเป็นอัตราส่วนของพลังงานที่ใช้งาน R ซึ่งใช้ไปในวงจรโหลดอย่างไม่สามารถแก้ไขได้ ต่อกำลังรวม S ที่ต้องผ่านโหลด

แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจ่ายพลังงานทั้งหมด S ให้กับวงจรโหลด ส่วนหนึ่งของกำลังทั้งหมดจะถูกส่งคืนทุก ๆ ไตรมาสของระยะเวลากลับไปที่แหล่งที่มา (ส่วนที่ส่งคืนและเดินไปมาเรียกว่า องค์ประกอบปฏิกิริยา Q) และส่วนหนึ่งถูกใช้ในรูปของพลังงานที่ใช้งานอยู่ P — ในรูปของความร้อนหรืองานเชิงกล

เพื่อให้โหลดที่มีองค์ประกอบปฏิกิริยาทำงานได้ตามที่ตั้งใจไว้ จำเป็นต้องได้รับพลังงานจากแหล่งพลังงานไฟฟ้าเต็มกำลัง

วิธีคำนวณกำลังไฟฟ้าปรากฏในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

ในการวัดกำลังรวม S ของโหลดในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับก็เพียงพอที่จะคูณกระแส I และแรงดันไฟฟ้า U หรือมากกว่าค่าเฉลี่ย (มีประสิทธิภาพ) ซึ่งวัดได้ง่ายด้วยโวลต์มิเตอร์และแอมมิเตอร์กระแสสลับ ( อุปกรณ์เหล่านี้แสดงค่าเฉลี่ยและค่าที่มีประสิทธิภาพซึ่งสำหรับเครือข่ายเฟสเดียวแบบสองสายมีค่าน้อยกว่าแอมพลิจูด 1.414 เท่า) ด้วยวิธีนี้คุณจะรู้ว่ากำลังไฟจากแหล่งจ่ายไปยังเครื่องรับเท่าใด ค่าเฉลี่ยถูกนำมาเนื่องจากในเครือข่ายทั่วไปกระแสเป็นไซน์และเราจำเป็นต้องได้รับค่าที่แน่นอนของพลังงานที่ใช้ทุกวินาที

วิธีคำนวณพลังงานที่ใช้งานอยู่ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

หากโหลดมีลักษณะแอ็กทีฟล้วนๆ เช่น เป็นคอยล์ร้อนที่ทำจากนิโครมหรือหลอดไส้ คุณก็สามารถคูณการอ่านแอมมิเตอร์และโวลต์มิเตอร์ได้ ซึ่งจะเป็นการใช้พลังงานที่ใช้งานอยู่ P แต่ถ้า โหลดมีลักษณะที่ไวต่อปฏิกิริยา จากนั้นการคำนวณจะต้องทราบค่าโคไซน์ฟี เช่น ตัวประกอบกำลัง

อุปกรณ์วัดทางไฟฟ้าแบบพิเศษ — เฟสมิเตอร์จะช่วยให้คุณวัดโคไซน์พีได้โดยตรง นั่นคือ รับค่าตัวเลขของตัวประกอบกำลัง เมื่อทราบโคไซน์พีก็ยังคงคูณด้วยกำลังรวม S ซึ่งเป็นวิธีการคำนวณที่อธิบายไว้ในย่อหน้าก่อนหน้า นี่จะเป็นพลังงานที่ใช้งานซึ่งเป็นส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่ของพลังงานที่เครือข่ายใช้

วิธีคำนวณพลังงานปฏิกิริยา

ในการหาพลังงานปฏิกิริยา ก็เพียงพอแล้วที่จะใช้ผลสรุปของทฤษฎีบทพีทาโกรัส ตั้งค่าสามเหลี่ยมกำลัง หรือเพียงแค่คูณกำลังทั้งหมดด้วยไซน์ไซด์