Nous croisons tous les jours des appareils électriques, il semble que notre vie s'arrête sans eux. Et chacun d'eux dans les instructions techniques indique la puissance. Aujourd'hui, nous allons comprendre ce que c'est, apprendre les types et les méthodes de calcul.
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Puissance dans un circuit à courant alternatif
Les appareils électriques branchés sur le secteur fonctionnent dans un circuit à courant alternatif, nous considérerons donc la puissance dans ces conditions. Cependant, donnons d'abord une définition générale du concept.
Du pouvoir - une grandeur physique qui reflète le taux de conversion ou de transmission de l'énergie électrique.
Dans un sens plus étroit, ils disent que la puissance électrique est le rapport du travail effectué pendant une certaine période de temps à cette période de temps.
Pour paraphraser moins scientifiquement cette définition, il s'avère que la puissance est une certaine quantité d'énergie qui est consommée par le consommateur sur une certaine période de temps. L'exemple le plus simple est une lampe à incandescence ordinaire. La vitesse à laquelle une ampoule convertit l'électricité qu'elle consomme en chaleur et en lumière est sa puissance. Ainsi, plus cet indicateur est élevé au départ pour une ampoule, plus elle consommera d'énergie, et plus elle donnera de lumière.
Étant donné que dans ce cas, il n'y a pas que le processus de conversion de l'électricité en une autre (lumière, thermique, etc.), mais aussi le processus d'oscillation des champs électriques et magnétiques, un déphasage apparaît entre le courant et la tension, et cela doit être pris en compte dans les calculs ultérieurs.
Lors du calcul de la puissance dans un circuit à courant alternatif, il est d'usage de distinguer les composants actifs, réactifs et complets.
Le concept de puissance active
La puissance active "utile" est la partie de la puissance qui caractérise directement le processus de conversion de l'énergie électrique en une autre énergie. Désigné par la lettre latine P et mesuré en watt (Mar).
Calculé selon la formule : P = U⋅I⋅cosφ,
où U et I sont respectivement la valeur efficace de la tension et du courant du circuit, cos φ est le cosinus de l'angle de phase entre la tension et le courant.
IMPORTANT! La formule décrite précédemment convient au calcul des circuits avec tension 220V, cependant, les unités puissantes utilisent généralement un réseau avec une tension de 380V. Dans ce cas, l'expression doit être multipliée par la racine de trois ou 1,73
Le concept de puissance réactive
La puissance réactive "nocive" est la puissance générée lors du fonctionnement d'appareils électriques avec une charge inductive ou capacitive, et reflète les oscillations électromagnétiques en cours. En termes simples, il s'agit de l'énergie qui passe de la source d'alimentation au consommateur, puis retourne au réseau.
Bien sûr, il est impossible d'utiliser ce composant en entreprise, de plus, il nuit au réseau d'alimentation de plusieurs manières, c'est pourquoi ils essaient généralement de le compenser.
Cette valeur est désignée par la lettre latine Q.
RAPPELLES TOI! La puissance réactive n'est pas mesurée en watts conventionnels (Mar), et en voltampères réactifs (Var).
Calculé selon la formule :
Q = U⋅I⋅sinφ,
où U et I sont respectivement la valeur efficace de la tension et du courant du circuit, sinφ est le sinus de l'angle de phase entre la tension et le courant.
IMPORTANT! Lors du calcul, cette valeur peut être à la fois positive et négative, en fonction du mouvement de phase.
Charges capacitives et inductives
La principale différence entre réactif (capacitif et inductif) charges - la présence, en fait, de capacité et d'inductance, qui ont tendance à stocker de l'énergie et à la donner plus tard au réseau.
Une charge inductive convertit d'abord l'énergie d'un courant électrique en un champ magnétique (pendant un demi-cycle), puis convertit l'énergie du champ magnétique en courant électrique et la transmet au réseau. Les exemples sont les moteurs à induction, les redresseurs, les transformateurs, les électroaimants.
IMPORTANT! Lors de l'utilisation d'une charge inductive, la courbe de courant est toujours en retard sur la courbe de tension d'un demi-cycle.
Une charge capacitive convertit l'énergie d'un courant électrique en un champ électrique, puis reconvertit l'énergie du champ résultant en un courant électrique.Les deux processus se déroulent à nouveau pendant un demi-cycle chacun. Des exemples sont les condensateurs, les batteries, les moteurs synchrones.
IMPORTANT! Pendant le fonctionnement en charge capacitive, la courbe de courant est en avance sur la courbe de tension d'un demi-cycle.
Facteur de puissance cosφ
Facteur de puissance cosφ (lire le cosinus phi) est une grandeur physique scalaire reflétant l'efficacité de la consommation d'énergie électrique. En termes simples, le coefficient cosφ indique la présence d'une partie réactive et la valeur de la partie active reçue par rapport à la puissance totale.
Le coefficient cosφ se trouve par le rapport de la puissance électrique active à la puissance électrique apparente.
REMARQUE! Dans un calcul plus précis, les distorsions non linéaires de la sinusoïde doivent être prises en compte, cependant, elles sont négligées dans les calculs classiques.
La valeur de ce coefficient peut varier de 0 à 1 (si le calcul est effectué en pourcentage, alors de 0% à 100%). À partir de la formule de calcul, il n'est pas difficile de comprendre que plus sa valeur est élevée, plus le composant actif est important, ce qui signifie que les performances de l'appareil sont meilleures.
Le concept de puissance totale. Triangle de puissance
La puissance apparente est une valeur calculée géométriquement égale à la racine de la somme des carrés des puissances active et réactive, respectivement. Désigné par la lettre latine S.
Vous pouvez également calculer la puissance totale en multipliant respectivement la tension et le courant.
S = U⋅I
IMPORTANT! La puissance apparente est mesurée en volt-ampères (Virginie).
Le triangle de puissance est une représentation pratique de tous les calculs décrits précédemment et des relations entre la puissance active, réactive et apparente.
Les jambes reflètent les composants réactifs et actifs, l'hypoténuse - la puissance totale. Selon les lois de la géométrie, le cosinus de l'angle φ est égal au rapport des composantes active et totale, c'est-à-dire qu'il s'agit du facteur de puissance.
Comment trouver la puissance active, réactive et apparente. Exemple de calcul
Tous les calculs sont basés sur les formules mentionnées précédemment et le triangle de puissance. Regardons le problème le plus souvent rencontré en pratique.
Typiquement, les appareils électriques sont marqués avec la puissance active et la valeur du coefficient cosφ. Avec ces données, il est facile de calculer les composants réactifs et totaux.
Pour ce faire, nous divisons la puissance active par le coefficient cosφ et obtenons le produit du courant et de la tension. Ce sera la pleine puissance.
De plus, sur la base du triangle de puissance, nous trouvons la puissance réactive égale au carré de la différence entre les carrés des puissances apparente et active.
Comment cosφ est mesuré en pratique
La valeur du coefficient cosφ est généralement indiquée sur les étiquettes des appareils électriques, cependant, s'il est nécessaire de le mesurer en pratique, ils utilisent un appareil spécialisé - phasemètre. De plus, un wattmètre numérique peut facilement faire face à cette tâche.
Si le coefficient cosφ obtenu est suffisamment faible, alors il peut être compensé pratiquement. Cela se fait principalement en incluant des dispositifs supplémentaires dans le circuit.
- S'il est nécessaire de corriger le composant réactif, un élément réactif doit être inclus dans le circuit, agissant à l'opposé du dispositif déjà fonctionnel. Pour compenser le fonctionnement d'un moteur à induction, par exemple une charge inductive, un condensateur est connecté en parallèle. Un électroaimant est connecté pour compenser le moteur synchrone.
- S'il est nécessaire de corriger des problèmes de non-linéarité, un correcteur cosφ passif est introduit dans le circuit, par exemple, il peut s'agir d'une self à forte inductance connectée en série avec la charge.
La puissance est l'un des indicateurs les plus importants des appareils électriques, donc savoir ce qu'elle est et comment elle est calculée est utile non seulement pour les écoliers et les personnes spécialisées dans la technologie, mais aussi pour chacun de nous.
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