Айнымалы ток және оның ерекшеліктері. PF
Айнымалы ток тізбектерінде бәрі тұрақты токқа қарағанда күрделірек. Мұнда фазалық ығысу, реактивті жүктемелер, толық және реактивті қуат, сондай-ақ PF қуат коэффициенті сияқты ұғымдар пайда болады.
Мазмұны
- 1. Активті кедергілер
- 2. Реактивті кедергілер
- 3. Активті, реактивті және толық қуат
- 4. Өзін-өзі тексеруге арналған сұрақтар
Тұрақты токта бәрі салыстырмалы түрде оңай: әр сәттегі ток мәні кернеу мен кедергіге тәуелді, ал қуат кернеу мен токтың көбейтіндісіне тең.
Айнымалы токта тағы бір маңызды жайт қосылады: кернеу мен ток бір уақытта өзгермеуі мүмкін. Дәл осыдан активті және реактивті жүктемелер, сондай-ақ қуат коэффициенті ұғымы туындайды.
Активті кедергілер
Активті кедергіге резисторлар, қыздыру шамдары, қыздырғыш элементтер, электр шәйнектер және электр энергиясын бірден пайдалы нәтижеге айналдыратын басқа да құрылғылар жатады: жылу, жарық немесе механикалық жұмыс.
Егер айнымалы ток тізбегінде тек активті жүктеме болса, ток кернеумен синхронды түрде өзгереді. Яғни графиктердің шыңдары мен нөлдері уақыт бойынша сәйкес келеді.
Бұл — ең қарапайым жағдай: мағынасы жағынан ол Ом заңы мен қуат туралы бұрыннан таныс тақырыптарға ең жақын.
Активті жүктеме графигі
Активті жүктемеде ток пен кернеу бірге өзгереді, айқын фазалық ығысу байқалмайды.
Реактивті кедергілер
Реактивті элементтер — сыйымдылық пен индуктивтік. Олар энергияны жинақтап, кейін оны қайтадан желіге қайтара алады.
Сондықтан ток пен кернеу фазасы міндетті түрде сәйкес келмейді: ток кернеуден озып кетуі де, немесе кешігуі де мүмкін.
Сыйымдылық реактивті кедергі
Конденсатор зарядталып және разрядтала алады. Айнымалы ток тізбегінде бұл токтың кернеу ең жоғарғы мәніне жетпей тұрып-ақ өзгеруіне әкеледі.
Сол себепті сыйымдылық жүктемеде ток кернеуден озып жүреді.
Бұл — сыйымдылық тізбектің негізгі белгісі: ток графигі кернеу графигіне қатысты алға ығысқандай көрінеді.
Сыйымдылық жүктеме графигі
Индуктивтік реактивті кедергі
Индуктивтікке катушкалар, дроссельдер, трансформаторлар, электрқозғалтқыштар және орамдары бар кез келген құрылғылар жатады. Мұндай жүктемеде ток бойынша инерция болады.
Кернеу өсіп жатқанда, ток бірден ілесе алмайды. Нәтижесінде ток кернеуге қатысты кешігеді.
Яғни индуктивтік тізбекте токтың шыңы кернеудің шыңынан кейін келеді.
Индуктивтік жүктеме графигі
Демек, желіден қуатты «қайтарымсыз» тұтынатындар — тек активті жүктемелер. Ал реактивті жүктемелер бірде желіден энергия алады, бірде оны қайтарады. Бірақ осының өзінде сымдар арқылы ток бәрібір ағады, яғни кабель мен жабдық бәрібір жүктемеге түседі.
Активті, реактивті және толық қуат
Айнымалы ток тізбектерінде қуаттың үш түрі ажыратылады.
Толық қуат кернеу мен токтың көбейтіндісі ретінде есептеледі және ВА бірлігімен өлшенеді.
Активті қуат ваттпен өлшенеді және нақты пайдалы жұмысқа жұмсалады: жылу, жарық, дыбыс, айналу.
Реактивті қуат тікелей пайдалы нәтижеге айналмайды, бірақ бәрібір сымдар бойымен «жүреді» және желіге қосымша жүктеме түсіреді.
Қуаттар үшбұрышы
Толық қуат активті және реактивті қуаттардың геометриялық қосындысы ретінде анықталады, бір сызық бойымен жай қосылмайды.
PF немесе cosφ
PF, cosφ немесе қуат коэффициенті толық қуаттың қандай бөлігі шын мәнінде активті қуатқа айналатынын көрсетеді.
Негізінде бұл активті қуаттың толық қуатқа қатынасы. PF 1-ге неғұрлым жақын болса, жүйедегі реактивті құрам соғұрлым аз.
PF төмен болса, сол бір пайдалы қуатты алу үшін кабель арқылы қажеттен көбірек ток өтеді. Бұл сымдарға, автоматтарға, трансформаторларға және қорек блоктарына артық жүктеме түсіреді.
PF = P / S
Қуат коэффициентінің иллюстрациясы
Қуат коэффициенті 1-ге жақындаған сайын, токтың реактивті құрамға жұмсалатын бөлігі азаяды.
Сабақтан нені есте сақтау керек
Өзін-өзі тексеруге арналған сұрақтар
1. 220 В, қуаты 2000 Вт электр шәйнек бар. Қарапайым іріктеу ережесіне сүйеніп, мыс сымның қандай қимасын таңдаған дұрыс?
Жауабын көрсету
Қарапайым ереже бойынша бұл шамамен 1 мм² үшін жеткілікті. Бірақ тұрмыста және қызуға қор қалдыру үшін 1,5 мм² таңдаған дұрысырақ.
2. 220 В құрылғы 3000 Вт тұтынады және PF = 0,7. Оны қосу үшін қимасы 1,5 мм² мыс сым жеткілікті ме? Жеткіліксіз болса, қандай қима орындырақ?
Жауабын көрсету
Сонда ток: I = S / U = 4286 / 220 ≈ 19,5 А.
Қарапайым ереже бойынша шамамен кемінде 1,95 мм² қажет. Демек 1,5 мм² жеткіліксіз. Ең жақын орынды стандартты нұсқа — 2,5 мм².