O que é uma alimentação elétrica?

O homem moderno encontra constantemente a eletricidade na vida cotidiana e no trabalho, usa dispositivos que consomem corrente elétrica e dispositivos que a geram. Ao trabalhar com eles, você deve sempre levar em consideração suas capacidades inerentes às características técnicas.

Um dos principais indicadores de qualquer dispositivo elétrico é uma quantidade física como energia elétrica... Costuma-se chamar a intensidade ou velocidade de geração, transmissão ou conversão de eletricidade em outros tipos de energia, por exemplo, calor, luz, mecânico.

O transporte ou transferência de grandes quantidades de energia elétrica para fins industriais é realizado de acordo com linhas de alta tensão.

Transformação energia elétrica é realizada em subestações transformadoras.

O consumo de eletricidade ocorre em aparelhos domésticos e industriais para diversos fins. Um de seus tipos comuns são lâmpadas incandescentes de várias classificações.

A energia elétrica de geradores, linhas de energia e consumidores em circuitos DC e AC tem o mesmo significado físico, que é expresso simultaneamente em diferentes proporções, dependendo da forma dos sinais compostos. Para definir os padrões gerais, noções de valores instantâneos... Eles novamente enfatizam a dependência da taxa de transformação da eletricidade no tempo.

Determinação da potência elétrica instantânea

Na engenharia elétrica teórica, para derivar as relações básicas entre corrente, tensão e potência, são usadas suas imagens na forma de valores instantâneos, que são fixados em um determinado ponto no tempo.

Se em um período de tempo muito curto ∆t uma única carga elementar q sob a influência da tensão U se move do ponto «1» para o ponto «2», então ela realiza um trabalho igual à diferença de potencial entre esses pontos. Dividindo-o pelo intervalo de tempo ∆t, obtemos a expressão para a potência instantânea por unidade de carga Pe (1-2).

Como não apenas a carga única se move sob a ação da tensão aplicada, mas também todas as adjacentes que estão sob a influência dessa força, cujo número é convenientemente representado pelo número Q, então o valor instantâneo da potência PQ (1-2) pode ser escrito para eles.

Após realizar transformações simples, obtemos a expressão para a potência P e a dependência de seu valor instantâneo p (t) das componentes do produto da corrente instantânea i (t) e tensão u (t).

Determinação da potência elétrica constante

V circuitos DC a magnitude da queda de tensão na seção do circuito e a corrente que flui através dela não muda e permanece estável, igual aos valores instantâneos.Portanto, a potência neste circuito pode ser determinada multiplicando esses valores ou dividindo a obra perfeita A pelo período de sua execução, conforme mostra a figura explicativa.

Determinação da potência elétrica em corrente alternada

As leis de variação senoidal das correntes e tensões transmitidas pelas redes elétricas impõem sua influência na expressão da potência em tais circuitos. A potência aparente entra em jogo aqui, que é descrita pelo triângulo de potência e consiste em componentes ativos e reativos.

Uma corrente elétrica senoidal ao passar por linhas de energia com tipos mistos de cargas em todas as seções não altera a forma de seu harmônico, e a queda de tensão nas cargas reativas muda de fase em uma determinada direção. As expressões de valor de momento ajudam a entender o efeito das cargas aplicadas na mudança de potência no circuito e sua direção.

Ao mesmo tempo, preste atenção imediatamente ao fato de que a direção do fluxo de corrente do gerador para o consumidor e a potência transmitida através do circuito criado são coisas completamente diferentes, que em alguns casos podem não apenas não coincidir, mas também ser direcionados em direções opostas.

Considere essas relações em sua manifestação ideal e pura para diferentes tipos de cargas:

• ativo;

• capacidade;

• indutivo.

Dissipação de potência de carga ativa

Vamos assumir que o gerador produz uma tensão senoidal ideal u que é aplicada à resistência puramente ativa do circuito. O amperímetro A e o voltímetro V medem a corrente I e a tensão U cada vez que t.

O gráfico mostra que as senoides da corrente e da queda de tensão na resistência ativa coincidem em frequência e fase, fazendo as mesmas oscilações. A força expressa pelo seu produto oscila com o dobro da frequência e permanece sempre positiva.

p = u ∙ i = Um ∙ senωt ∙ Um / R ∙ senωt = Um2/ R ∙ sen2ωt = Um2/ 2R ∙ (1-cos2ωt).

Se formos à expressão tensão operacional, então obtemos: p = P ∙ (1-cos2ωt).

Iremos então integrar a potência ao longo do período de uma oscilação T e poderemos notar que o ganho de energia ∆W durante este intervalo aumenta. Com o tempo, a resistência continua consumindo novas porções de eletricidade, como mostra o gráfico.

Com cargas reativas, as características de consumo de energia são diferentes, elas têm uma forma diferente.

Dissipação de potência capacitiva

No circuito elétrico do gerador, substitua o elemento resistivo por um capacitor de capacitância C.

A relação entre a corrente e a queda de tensão na capacitância é expressa pela razão: I = C ∙ dU / dt = ω ∙ C ∙ Um ∙ cosωt.

Multiplicamos os valores das expressões instantâneas de corrente com tensão e obtemos o valor da potência que é consumida pela carga capacitiva.

p = u ∙ i = Um ∙ senωt ∙ ωC ∙ Um ∙ cosωt = ω ∙ C ∙ Um2∙ senωt ∙ cosωt = Um2/ (2X° C) ∙ sen2ωt = U2/ (2X° C) ∙ sen2ωt.

Aqui você pode ver que a potência flutua em torno de zero com o dobro da frequência da tensão aplicada. Seu valor total para o período harmônico, assim como o ganho de energia, é zero.

Isso significa que a energia se move ao longo do circuito fechado do circuito em ambas as direções, mas não realiza trabalho.Tal fato é explicado pelo fato de que quando a tensão da fonte aumenta em valor absoluto, a potência é positiva, e o fluxo de energia pelo circuito é direcionado para o recipiente, onde a energia é acumulada.

Depois que a tensão passa para a seção harmônica decrescente, a energia é devolvida do capacitor ao circuito para a fonte. Nenhum trabalho útil é feito em nenhum dos processos.

Dissipação de energia em uma carga indutiva

Agora, no circuito de alimentação, substitua o capacitor pela indutância L.

Aqui a corrente através da indutância é expressa pela relação:

I = 1 / L∫udt = -Um / ωL ∙ cos ωt.

Então nós pegamos

p = u ∙ i = Um ∙ sinωt ∙ ωC ∙ (-Um / ωL ∙ cosωt) = — Um2/ ωL ∙ sinωt ∙ cosωt = -Um2/ (2ХL) ∙ sin2ωt = -U2/ (2ХL) ∙ sin2ωt.

As expressões resultantes permitem ver a natureza da mudança na direção da potência e o aumento da energia na indutância, que realizam as mesmas oscilações inúteis para realizar trabalho, como na capacitância.

A potência liberada em cargas reativas é chamada componente reativa. Em condições ideais, quando os fios de conexão não possuem resistência ativa, ela parece inofensiva e não causa danos. Mas em condições reais de energia, transientes periódicos e flutuações de energia reativa causam aquecimento de todos os elementos ativos, incluindo fios de conexão, para os quais alguma energia é consumida e o valor da potência total aplicada da fonte diminui.

A principal diferença entre o componente reativo da potência é que ele não realiza nenhum trabalho útil, mas leva a perdas de energia elétrica e cargas excessivas nos equipamentos, que são especialmente perigosas em situações críticas.

Por estas razões, para eliminar a influência da potência reativa, especialmente sistemas técnicos para a sua compensação.

Distribuição de energia em carga mista

Como exemplo, utilizamos a carga de um gerador com característica capacitiva ativa.

Para simplificar a imagem, as senóides de correntes e tensões não são mostradas no gráfico fornecido, mas deve-se ter em mente que, com a natureza ativo-capacitiva da carga, o vetor de corrente está à frente da tensão.

p = u ∙ i = Um ∙ sinωt ∙ ωC ∙ Im ∙ sin (ωt + φ).

Após as transformações obtemos: p = P ∙ (1- cos 2ωt) + Q ∙ sin2ωt.

Esses dois termos na última expressão são os componentes ativo e reativo da potência aparente instantânea. Apenas o primeiro deles faz um trabalho útil.

Ferramentas de medição de energia

Para analisar o consumo de eletricidade e calculá-lo, são utilizados dispositivos de medição, que há muito são chamados de «Contadores»… Seu trabalho é baseado em medir os valores efetivos de corrente e tensão e multiplicá-los automaticamente com uma saída de informação.

Os medidores exibem o consumo de energia contando o tempo de operação dos aparelhos elétricos de forma incremental a partir do momento em que o medidor é ligado sob carga.

Para medir o componente ativo de energia em circuitos CA, wattímetros, e reativos - varmeters. Eles têm designações de unidades diferentes:

• watt (W, W);

• var (var, var, var).

Para determinar o consumo total de energia, é necessário calcular seu valor usando a fórmula do triângulo de potência com base nas leituras do wattímetro e do varímetro. É expresso em suas próprias unidades - volt-ampères.

As designações aceitas das unidades de cada um ajudam os eletricistas a julgar não apenas seu valor, mas também a natureza do componente de energia.