Jak určit účiník?

Ve střídavých obvodech je účiník poměr skutečného výkonu, který se používá k provedení práce, a zdánlivého výkonu dodávaného do obvodu.

Účiník může nabývat hodnot v rozsahu od 0 do 1.

Když je veškerý výkon jalový výkon bez skutečného výkonu (obvykle indukční zátěž) – účiník je 0.

Když je veškerý výkon činný výkon mínus jalový výkon (odporová zátěž), ​​účiník je 1.

• Stanovení účiníku
• Výpočet účiníku
• Korekce účiníku
• Kalkulačka účiníku

Stanovení účiníku

Účiník se rovná skutečnému nebo skutečnému výkonu P ve wattech (W) dělenému zdánlivým výkonem | S | ve voltampérech (VA):

PF — účiník.

P – činný výkon ve wattech (W).

| S | — zdánlivý výkon – hodnota komplexního výkonu ve voltampérech (VA).

Výpočet účiníku

Pro sinusový proud je účiník PF roven absolutní hodnotě kosinu fázového úhlu celkového výkonu φ (což je také fázový úhel impedance):

PF = | cos φ |

PF — účiník.

φ — fázový úhel přídavného výkonu.

Skutečný výkon P ve wattech (W) se rovná celkovému výkonu | S | ve voltampérech (VA) vynásobených účiníkem PF:

P _(W) = | Ano _(JÍT) | × PF = | Ano _(JÍT) | × | cos φ |

Když je v obvodu odporová impedanční zátěž, je činný výkon P roven zdánlivému výkonu | S | a účiník PF je 1:

PF _{(odporová zátěž)} = P / | S | = 1

Jalový výkon Q v jalových voltampérech (VAR) se rovná zdánlivému výkonu | S | ve voltampérech (VA) násobených sinem fázového úhlu φ :

Výpočet jednofázového obvodu na základě skutečných hodnot elektroměru P v kilowattech (kW), napětí V ve voltech (V) a proudu I v ampérech (A):

Výpočet třífázového obvodu na základě skutečných odečtů elektroměru P v kilowattech (kW), sdružené napětí V _LL ve voltech (V) a proud I v ampérech (A):

Výpočet třífázového obvodu na základě skutečných odečtů elektroměru P v kilowattech (kW), mezi fází a nulou V _LN ve voltech (V) a proud I v ampérech (A):

Korekce účiníku

Korekce účiníku je úprava elektrického obvodu tak, aby se účiník změnil na přibližně 1.

Účiník blízký 1 sníží jalový výkon v obvodu a většina výkonu v obvodu bude skutečná. Tím se také sníží ztráty v elektrických vedeních.

Korekce účiníku se obvykle provádí přidáním kondenzátorů do zátěžového obvodu, pokud má obvod indukční součásti, jako je elektromotor.

Výpočet korekce účiníku

Plný výkon | S | ve voltampérech (VA) se rovná napětí V ve voltech (V) vynásobeném proudem I v ampérech (A):

Jalový výkon Q ve voltampérech reaktivních (VAR) se rovná druhé odmocnině druhé mocniny zdánlivého výkonu | S | ve voltampérech (VA) mínus druhá mocnina skutečného výkonu P ve wattech (W) (Pythagorova věta):

Jalový výkon Q ve voltampérech, jalový (VAR) se rovná druhé mocnině napětí V ve voltech (V) dělené reaktancí Xc:

Korekční kondenzátor ve Faradu (F), který by měl být přidán do obvodu paralelně, se tedy rovná jalovému výkonu Q v jalových voltampérech (VAR) dělenému 2π krát frekvence f v Hertz (Hz) krát čtvercové napětí V ve voltech (V):

viz též

• Kalkulačka účiníku
• Výkonová kalkulačka
• Počítadlo ampér na kW
• Kalkulačka ampér na kVA
• Elektřina
• Účinnost
• Elektricheskoe napryazhenie
• Elektrický proud
• Elektrický náboj
• Watt
• Konverze výkonu
• Ohmův zákon
• Elektrické kalkulačky
• Elektrické výpočty

Jednou z nejdůležitějších vlastností elektrických zařízení je výkon. Proto je vhodné vědět, co je to účiník a jak se počítá. To pomůže nejen posoudit účinnost využívání elektrické energie, ale také správně organizovat provoz elektrického spotřebiče.

Typy napájení

V obvodu střídavého proudu vznikají tři výkony: činný, jalový a zdánlivý. Aktivní se nazývá užitečná nebo efektivní síla. To je způsobeno tím, že se vynakládá na užitečnou práci. Typicky to zahrnuje přeměnu elektrické energie na jiné formy.

Jalový výkon se při provozu elektrického spotřebiče neplýtvá, ale pouze přechází z jedné formy do druhé. Tento výkon potřebují zařízení, jejichž princip činnosti je založen na využití elektromagnetického pole.

Jedním příkladem takových zařízení je oscilační obvod, který zahrnuje indukčnost a kapacitu za předpokladu, že aktivní odpor součástí je zanedbatelný. Další lze považovat za transformátor. V něm se proud a napětí přenášejí jádrem pomocí oscilací elektromagnetického pole.

Celkový výkon lze získat vektorovým sčítáním aktivní a reaktivní složky.

Co je účiník

Někdy je důležité porozumět tomu, kolik energie se spotřebuje k vykonání užitečné práce. K tomu je potřeba zjistit činný a jalový výkon daného elektrického zařízení. Dále se na jejich základě určí ten úplný.

V elektrotechnice se k určení výkonu ve stejnosměrné síti používá následující vztah:

V obvodu střídavého proudu se výpočet požadované hodnoty provádí složitějším způsobem. Je třeba vzít v úvahu, že změny napětí a proudu v čase se nebudou shodovat. Elektrický proud v kapacitní zátěži vede napětí, zatímco v indukční zátěži naopak zaostává.

Proto je při výpočtu výkonu obvyklé používat efektivní hodnoty proudu a napětí. V tomto případě se uvažuje taková konstantní hodnota proudu a napětí, že aktivní odpor uvolní stejné množství tepla jako uvažované proměnné hodnoty.

Samozřejmě lze v takových případech vypočítat i okamžitý výkon. K tomu stačí vynásobit okamžité hodnoty proudu a napětí. Tato hodnota však nezohledňuje silnou setrvačnost energetických procesů, a proto mají takové výpočty hodnot omezené použití.

Chcete-li určit činný účiník, musíte vydělit činný výkon zdánlivým výkonem. Tento koeficient umožňuje vyhodnotit efektivitu použití daného technického řešení. Vztah mezi jalovým a činným výkonem určuje tečnu “fí”.

Zdánlivý výkon se měří ve voltampérech (VA). Pro aktivní se používají watty (W). Pro reaktivní je jednotka měření voltampér reaktivní (VAR).

Protože sčítání výkonu probíhá podle vektorových pravidel, je třeba vzít v úvahu, že vektory aktivní a reaktivní složky jsou na sebe kolmé. Výsledkem výpočtů je přepona pravoúhlého trojúhelníku s naznačenými rameny. Vzorec pro celkový výkon je následující:

Vyplývá to z Pythagorovy věty. Platí zde pravidlo pro nalezení přepony pravoúhlého trojúhelníku. Vyjádříme-li nohy přes přeponu a úhel „phi“, můžeme získat vzorec pro určení činného výkonu:

Reaktivní se vyjadřuje podobným způsobem:

Ze vzorce pro činný výkon lze tedy cosφ zjistit:

Pro třífázové napětí má vzorec následující podobu:

Proto byste měli pochopit, co je kosinus „phi“ v tomto vzorci. A to je stejný účiník, který umožňuje vyhodnotit elektrické přijímače v přítomnosti reaktivní složky ve spotřebovaném proudu.

Nazývá se cosφ účiník, protože při sčítání vektoru v pravoúhlém trojúhelníku lze hodnotu kosinu úhlu φ zjistit vydělením délky větve odpovídající činnému výkonu délkou přepony, který vyjadřuje celkový výkon. Vzorec účiníku tedy vypadá takto:

Činný účiník cosφ může mít hodnotu v rozsahu od 0 do 1. Někdy se vyjadřuje v procentech. V tomto případě je koeficient označen řeckým písmenem „lambda“. Poměr noh v pravoúhlém trojúhelníku určuje tečnu „phi“.

Účiník je nízký, když je aktivní součástka malá ve srovnání s celkovým výkonem. To ukazuje na neúčinnost použitého zařízení.

Pro sinusový proud a napětí cosφ odpovídá kosinusu úhlu fázového zpoždění pro tyto parametry.

Výhody elektrických zařízení s vysokým účiníkem

To je způsobeno přítomností následujících faktorů:

• Dodavatelé elektřiny v některých případech sledují účiník zařízení používaných zákazníky. Mohou vystavit dodatečnou fakturu, pokud je nižší než 0.95. V případě, že je koeficient menší než 0.85, může být dodávka elektřiny omezena.
• Nízký koeficient vede k tomu, že při relativně malém množství užitečné práce dochází ke zvýšené spotřebě energie. Spotřebitel tedy musí za určité množství užitečné práce přeplatit.
• V elektrických vedeních přítomnost vysokých hodnot indikuje zanedbatelné ztráty při přenosu energie.
• Nízký koeficient v napájecím systému může vést ke snížení síťového napětí. To často způsobuje přehřívání spotřebitelských zařízení.

Při zvažování provozu elektrických zařízení je třeba vzít v úvahu, že některá z nich vytvářejí jalový výkon, zatímco jiná jsou spotřebiteli. V důsledku toho použití prvního vede ke zvýšení jalového výkonu a použití druhého vede k jeho snížení.

Jalový výkon vzniká při provozu asynchronního elektromotoru, transformátorů, větrných generátorů a osvětlovacích systémů pomocí výbojek. Přítomnost reaktivní zátěže zhoršuje provozní účinnost zařízení. Kondenzátory, synchronní motory a generátory jsou považovány za spotřebiče.

Ke snížení jalového výkonu lze použít následující metody:

• V obvodu jsou instalovány kondenzátory. Při použití společně s indukčností tvoří oscilační obvod. V něm bude výkon z indukčnosti spotřebovávat kondenzátor.
• Vyhněte se provozu asynchronních motorů bez zátěže nebo při nízkém výkonu.
• Je nutné vyloučit možnost provozu zařízení při napětí, které překračuje jmenovité napětí.
• Při výměně motorů se doporučuje přejít na motory s vyšší účinností.

Optimální zatížení je jmenovité zatížení. Pokud se použije zatížení, které je menší nebo větší než jmenovité zatížení, výrazně to snižuje účinnost zařízení.

Jak zjistit účiník

Hodnota uvažovaného koeficientu je uvedena v průvodní technické dokumentaci kupovaného průmyslového zařízení nebo domácího spotřebiče. Hovoříme však o nominální hodnotě.

Přesněji řečeno, koeficient se měří pomocí specializovaného zařízení zvaného fázový měřič.

Taková zařízení mohou být elektrodynamická nebo digitální. Pomocí měření můžete zcela jednoduše a s velkou přesností zjistit, čemu se cosφ rovná a jaká je efektivita použití zařízení.

Pokud fázový měřič není k dispozici, měli byste použít ampérmetr, voltmetr a wattmetr, pomocí kterých se měří fyzikální veličiny, jako je proud, napětí a výkon, a poté se pomocí příslušných vzorců vypočítá účiník.

Hodnoty koeficientů pro různé případy

Při měření nebo výpočtu účiníku je nutné znát charakteristické hodnoty pro různé typy zařízení:

• Při použití topných zařízení se i přes možnou přítomnost indukčních prvků považuje veškerý použitý výkon za aktivní. V takových případech vezměte kosinus „phi“ rovný jedné.
• U vrtacích kladiv a příklepových vrtaček je tento koeficient 0.95-0.97.
• Svařovací transformátory se silně spoléhají na indukční zátěž. Proto je účiník transformátoru obvykle v rozmezí 0.5 až 0.85.

Pokud jsou hodnoty koeficientů široce známé, nemusí být uvedeny v průvodní dokumentaci. Je třeba pamatovat na to, že ačkoli se napětí ve většině případů mění sinusově, někdy se může od tohoto tvaru výrazně odchylovat. V takové situaci hovoří o přítomnosti vyšších harmonických v oscilacích.

Jejich vzhled vede k dodatečným nákladům na energii a také snižuje kompenzaci jalového výkonu, pokud byla použita. Podobný jev je pozorován při práci s obloukovými pecemi pro tavení oceli, zařízeními pro obloukové svařování a plynovými výbojkami.

Související videa