Elektrisk strøm

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 21. februar 2022; verifikation kræver 1 redigering .

Elektrisk effekt er en fysisk størrelse , der karakteriserer transmissionshastigheden eller omdannelsen af elektrisk energi.

Måleenheden i International System of Units (SI) er watt (russisk betegnelse: W , international: W ).

Øjeblikkelig elektrisk strøm

Øjeblikkelig effekt er produktet af de øjeblikkelige værdier af spænding og strøm i enhver sektion af det elektriske kredsløb.

Per definition er elektrisk spænding forholdet mellem det elektriske felts arbejde, der udføres, når en testladning overføres fra punkt til punkt , og værdien af testladningen. Det vil sige, vi kan sige, at den elektriske spænding er numerisk lig med arbejdet med at overføre en enhedsladning fra punkt til punkt . Med andre ord, når en enhedsladning bevæger sig langs en sektion af et elektrisk kredsløb, vil den arbejde eller arbejde på den, numerisk lig med den elektriske spænding, der virker på sektionen af kredsløbet. Multiplicerer spændingen med antallet af enhedsladninger, får vi således det arbejde, som det elektriske felt udfører for at flytte disse ladninger fra begyndelsen af kredsløbsafsnittet til dets ende. Magt er per definition arbejde pr. tidsenhed. $EN$ $B$ $EN$ $B$

Lad os introducere notationen:

U

- spænding på stedet (vi tager det konstant på intervallet );

AB

\Delta t

Q

er antallet af afgifter overført fra til i tide ;

EN

B

\Delta t

EN

- det arbejde, som ladningen udfører, når den bevæger sig langs pladsen ;

Q

AB

P

- strøm.

Når vi skriver ovenstående ræsonnement ned, får vi:

P_{AB}={\frac {A}{\Delta t))~.

For en enkelt opladning på siden : $AB$

P_{e(AB)}={\frac {U}{\Delta t))~.

For alle gebyrer:

P_{AB}={\frac {U}{\Delta t}}\cdot {Q}={U}\cdot {\frac {Q}{\Delta t}}~.

Da strømmen er en elektrisk ladning, der strømmer gennem lederen per tidsenhed, det vil sige per definition, er resultatet: $\textstyle I={\frac {Q}{\Delta t))$

P_{AB}=U\cdot I~.

Hvis vi antager, at tiden er uendelig lille, kan vi antage, at værdierne af spænding og strøm i løbet af denne tid også vil ændre sig uendeligt meget. Som et resultat opnår vi følgende definition af øjeblikkelig elektrisk effekt:

øjeblikkelig elektrisk effekt frigivet i en del af et elektrisk kredsløb er produktet af de øjeblikkelige værdier af spænding og strøm i dette afsnit: $p(t)$ $u(t)$ $det)$

p(t)=u(t)\cdot i(t)~.

Hvis kredsløbssektionen indeholder en modstand med elektrisk modstand , så: $R$

p(t)=i(t)^{2}\cdot R={\frac {u(t)^{2}}{R}}~.

Differentiale udtryk for elektrisk strøm

Den frigivne effekt pr. volumenhed er:

w={\frac {dP}{dV}}=\mathbf {E} \cdot \mathbf {j} ~,

hvor:

\mathbf {E}

- elektrisk feltstyrke ;

{\mathbf j}

er strømtætheden .

Den negative værdi af skalarproduktet (vektorer og er modsat eller danner en stump vinkel ) betyder, at på et givet punkt spredes elektrisk kraft ikke, men genereres på grund af ydre kræfters arbejde. $\mathbf {E}$ ${\mathbf j}$

I tilfælde af et isotropt medium i den lineære tilnærmelse:

w=\sigma E^{2}={\frac {E^{2}}{\rho }}=\rho j^{2}={\frac {j^{2}}{\sigma }}~,

hvor er den specifikke ledningsevne , den reciprokke af resistiviteten . $\textstyle \sigma \,{\overset {\underset {\mathrm {def} }{}}{=}}\,{\frac {1}{\rho }}$

I tilfælde af anisotropi (for eksempel i en enkelt krystal eller flydende krystal , såvel som i nærvær af Hall-effekten ) i en lineær tilnærmelse:

w=\sigma _{\alpha \beta }E_{\alpha }E_{\beta }~,

hvor er ledningsevnetensoren . $\sigma _{{\alpha \beta }}$

DC strøm

Da værdierne af strømmen og spændingen er konstante og lig med de øjeblikkelige værdier til enhver tid, kan effekten beregnes med formlen:

P=I\cdot U~.

For et passivt lineært kredsløb, der adlyder Ohms lov , kan man skrive:

P=I^{2}\cdot R={\frac {U^{2}}{R}}~,

hvor er den elektriske modstand . $R$

Hvis kredsløbet indeholder en emk -kilde , er den elektriske effekt, der afgives eller absorberes på den, lig med:

P=I\cdot {\mathcal {E}}~,

hvor er EMF. ${\mathcal {E}}$

Hvis strømmen inde i EMF er modsat den potentielle gradient (den flyder inde i EMF fra plus til minus), så absorberes strømmen af EMF-kilden fra netværket (f.eks. når den elektriske motor kører, eller batteriet er opladning ), hvis den er codirectional (den flyder inde i EMF fra minus til plus), så afgives den af kilden til netværket (f.eks. når et galvanisk batteri eller generator kører ). Når der tages højde for den interne modstand af EMF-kilden, lægges den frigivne effekt på den til det absorberede eller trækkes fra outputtet. $p=I^{2}\cdot r$

AC strøm

I vekselstrømskredsløb kan formlen for jævnstrøm kun bruges til at beregne øjeblikkelig effekt, som varierer meget med tiden og ikke er særlig nyttig direkte til de fleste simple praktiske beregninger. Direkte beregning af den gennemsnitlige effektværdi kræver integration over tid. For at beregne effekt i kredsløb, hvor spænding og strøm ændrer sig periodisk, kan den gennemsnitlige effekt beregnes ved at integrere den øjeblikkelige effekt over en periode. I praksis er beregningen af effekt i kredsløb med sinusformet vekselspænding og strøm af største betydning.

For at relatere begreberne tilsyneladende, aktiv, reaktiv effekt og effektfaktor , er det praktisk at vende sig til teorien om komplekse tal . Det kan anses for, at effekten i AC-kredsløbet er udtrykt ved et komplekst tal, således at den aktive effekt er dens reelle del, den reaktive effekt er dens imaginære del, den tilsyneladende effekt er modulet, og vinklen ( faseforskydning ) er argumentet. For en sådan model viser alle nedenstående relationer sig at være gyldige. $\varphi$

Aktiv effekt

SI-enheden er watt [1] .

P=U\cdot I\cdot \cos \varphi ~.

Den gennemsnitlige værdi af øjeblikkelig effekt over perioden kaldes aktiv elektrisk effekt eller elektrisk effekt: $T$

P={\frac {1}{T}}\int \limits _{0}^{T}p(t)dt~.

I kredsløb med en enfaset sinusformet strøm , hvor og er rms-værdierne for spænding og strøm , er fasevinklen mellem dem. For ikke-sinusformede strømkredsløb er den elektriske effekt lig med summen af de tilsvarende gennemsnitseffekter af de enkelte harmoniske. Aktiv effekt karakteriserer hastigheden af irreversibel omdannelse af elektrisk energi til andre typer energi (termisk og elektromagnetisk). Aktiv effekt kan også udtrykkes i form af strømstyrke, spænding og den aktive komponent af kredsløbsmodstanden eller dens ledningsevne ved hjælp af formlen . I ethvert elektrisk kredsløb, både sinusformet og ikke-sinusformet strøm, er den aktive effekt af hele kredsløbet lig med summen af de aktive kræfter af de enkelte dele af kredsløbet; for trefasede kredsløb er den elektriske effekt defineret som summen af de enkelte fasers kræfter. Den aktive effekt er relateret til den fulde effekt af relationen . $P=U\cdot I\cdot\cos\varphi$ $U$ $jeg$ $\varphi$ $r$ $g$ $P=I^{2}\cdot r=U^{2}\cdot g$ $S$ $P=S\cdot\cos\varphi$

I teorien om lange linjer (en analyse af elektromagnetiske processer i en transmissionsledning, hvis længde er sammenlignelig med længden af en elektromagnetisk bølge), er den komplette analog af aktiv effekt den transmitterede effekt, som er defineret som forskellen mellem den indfaldende effekt og den reflekterede kraft.

Reaktiv effekt

Måleenheden, efter forslag fra Den Internationale Elektrotekniske Kommission, er var (volt-ampere reaktiv); (Russisk betegnelse: var ; international: var ). Med hensyn til SI-enheder, som nævnt i 9. udgave af SI-brochuren, er var sammenhængende med produktet af volt-ampere. I Den Russiske Føderation er denne enhed godkendt til brug som en off-system enhed uden tidsbegrænsning med et omfang inden for " elektroteknik " [1] [2] :

Q=U\cdot I\cdot \sin \varphi ~.

Var er defineret som den reaktive effekt af et sinusformet vekselstrømkredsløb ved en effektiv spænding på 1 V og en strøm på 1 A, hvis faseforskydningen mellem strøm og spænding [3] . $\textstyle {\frac {\pi }{2))$

Reaktiv effekt er en værdi, der karakteriserer de belastninger, der skabes i elektriske enheder af fluktuationer i energien af et elektromagnetisk felt i et sinusformet vekselstrømkredsløb, lig med produktet af rodmiddelkvadratværdierne af spænding og strøm ganget med sinus af faseforskydningsvinklen mellem dem: (hvis strømmen halter efter spændingen, betragtes faseforskydningen som positiv, hvis fremad - negativ). Reaktiv effekt er relateret til tilsyneladende effekt og aktiv effekt ved : $U$ $jeg$ $\varphi$ $Q=U\cdot I\cdot \sin \varphi$ $S$ $P$

|Q|={\sqrt {S^{2}-P^{2))}~.

Den fysiske betydning af reaktiv effekt er den energi, der pumpes fra kilden til de reaktive elementer i modtageren (induktanser, kondensatorer, motorviklinger), og derefter returneres af disse elementer tilbage til kilden i løbet af en svingningsperiode, relateret til denne periode.

Det skal bemærkes, at værdien for værdier fra 0 til plus 90° er en positiv værdi. Værdien for værdier fra 0 til -90° er en negativ værdi. I overensstemmelse med formlen kan reaktiv effekt enten være positiv (hvis belastningen er aktiv-induktiv) eller negativ (hvis belastningen er aktiv-kapacitiv). Denne omstændighed understreger det faktum, at reaktiv effekt ikke er involveret i arbejdet med elektrisk strøm. Når en enhed har positiv reaktiv effekt, er det sædvanligt at sige, at den forbruger den, og når den er negativ, producerer den den, men dette er en ren konvention på grund af det faktum, at de fleste strømforbrugende enheder (for eksempel induktionsmotorer ), samt en rent aktiv belastning forbundet gennem en transformer , er aktiv-induktive. $\sin\varphi$ $\varphi$ $\sin\varphi$ $\varphi$ $Q=UI\sin\varphi$

Synkrongeneratorer installeret i kraftværker kan både producere og forbruge reaktiv effekt, afhængigt af mængden af excitationsstrøm, der flyder i generatorens rotorvikling. På grund af denne funktion af synkrone elektriske maskiner reguleres det specificerede niveau af netspænding. For at eliminere overbelastninger og øge effektfaktoren af elektriske installationer udføres reaktiv effektkompensation .

Brugen af moderne elektriske måletransducere på mikroprocessorteknologi muliggør en mere nøjagtig vurdering af mængden af energi, der returneres fra en induktiv og kapacitiv belastning til en vekselspændingskilde.

Fuld kraft

Måleenheden er VA, volt-ampere (russisk betegnelse: V A ; international: VA ). I Den Russiske Føderation er denne enhed godkendt til brug som en off-system enhed uden tidsbegrænsning med omfanget af "elektroteknik" [1] [2] .

Tilsyneladende effekt - en værdi lig med produktet af de effektive værdier af den periodiske elektriske strøm i kredsløbet og spændingen ved dets terminaler er relateret til den aktive og reaktive effekt ved forholdet: $jeg$ $U$ $S=U\cdot I$

S={\sqrt {P^{2}+Q^{2))}~,

hvor:

P

— aktiv effekt;

Q

- reaktiv effekt (med induktiv belastning og med kapacitiv ).

Q>0

Q<0

Vektorafhængigheden mellem tilsyneladende, aktiv og reaktiv effekt er udtrykt ved formlen:

{\vec {S}}={\vec {P}}+{\vec {Q}}~.

Fuld effekt er af praktisk betydning, som en værdi, der beskriver de belastninger, som forbrugeren faktisk påfører elementerne i forsyningsnettet ( ledninger , kabler , tavler , transformere , strømledninger ), da disse belastninger afhænger af den forbrugte strøm og ikke på den energi, som forbrugeren faktisk bruger. Derfor er den samlede effekt af transformere og tavler målt i Volt-Ampere og ikke i Watt.

Integreret strøm

Power, svarende til impedans , kan skrives i kompleks form:

{\dot {S}}={\dot {U}}{\dot {I}}^{*}=I^{2}\mathbb {Z} ={\frac {U^{2} }{\mathbb {Z} ^{*}}}~,

hvor:

{\dot {U}}

er den komplekse stress;

{\dot {I}}

er den komplekse strøm;

\mathbb {Z}

er impedansen;

*

er den komplekse konjugationsoperator .

Det integrerede effektmodul er lig med den tilsyneladende effekt . Den reelle del er lig med den aktive effekt og den imaginære del er lig den reaktive effekt med det korrekte fortegn afhængigt af belastningens art. $\left|{\dot {S}}\right|$ $S.$ ${\mathrm {Re}}({\dot {S}})$ $P,$ ${\mathrm {Im}}({\dot {S}})$ $Q$

Mål

For at måle elektrisk effekt bruges wattmålere og varmetere , du kan også bruge en indirekte metode, ved hjælp af et voltmeter , amperemeter og fasemåler .
Fasemålere bruges til at måle den reaktive effektfaktor
Statsstandard for effekt - GET 153-2012 Angiv primær standard for en enhed af elektrisk effekt i frekvensområdet fra 1 til 2500 Hz. Depotinstitut : VNIIM

Strømforbrug for nogle elektriske apparater

Værdier af forbrugt elektrisk strøm hos nogle forbrugere

Elektrisk apparat	Power, W
lommelygte pære	en
Netværksrouter, hub	10…20
PC systemenhed	100…1700
Server system blok	200…1500
Skærm til PC CRT	15…200
Skærm til PC LCD	2…40
Husholdnings fluorescerende lampe	5…30
Husholdnings glødelampe	25…150
Køleskab husstand	15…700
Elektrisk støvsuger	100…3000
elektrisk strygejern	300…2000
Vaskemaskine	350…2000
elektrisk kogeplade	1000…2000
Husholdnings svejsemaskine	1000…5500
Lav elevatormotor	3000…15000
Sporvogns motor	45.000…75.000
lokomotivmotor	650.000
Mine hejsemotor	1.000.000…5.000.000
Valseværksmotor	6.000.000...32.000.000

Effektudgang

Den måler både langsigtede ( RMS ) og kortsigtede ( PMO, PMPO ) kræfter, der kan leveres af effektforstærkere .

se også : effektivitet

Se også

Noter

↑ 1 2 3 Dengub V. M., Smirnov V. G. Mængdeenheder . Ordbogsreference. - M . : Forlag af standarder, 1990. - S. 26-27. - 240 sek. — ISBN 5-7050-0118-5 .
↑ 1 2 Forordninger om værdienheder tilladt til brug i Den Russiske Føderation Arkiveksemplar af 2. november 2013 på Wayback-maskinen godkendt ved dekret fra Den Russiske Føderations regering af 31. oktober 2009 N 879.
↑ Sena L. A. Enheder af fysiske størrelser og deres dimensioner. — M.: Nauka , 1977. — S. 213.

Litteratur

GOST 8.417-2002 enheder.
PR 50.2.102-2009 Forordning om mængdeenheder, der er tilladt til brug i Den Russiske Føderation.
L. A. Bessonov . Teoretisk grundlag for elektroteknik. Elektriske kredsløb: lærebog

for bachelorer. - 12. udg., Rev. og yderligere - M. : Yurayt, 2016. - 702 s. — (Bachelor. Videregående kursus). - 1000 eksemplarer. - ISBN 978-5-9916-3210-2 .

Goldshtein E. I., Sulaimanov A. O., Gurin T. S. Strømkarakteristika for elektriske kredsløb ved ikke-sinusformede strømme og spændinger. TPU, - Tomsk, 2009, Dep. i VINITI, 06.04.09, nr. 193 - 2009. - 146 s.

Elektrisk strøm

Øjeblikkelig elektrisk strøm

Differentiale udtryk for elektrisk strøm

DC strøm

AC strøm

Aktiv effekt

Reaktiv effekt

Fuld kraft

Integreret strøm

Mål

Strømforbrug for nogle elektriske apparater

Effektudgang

Se også

Noter

Litteratur

Links