Todos nos encontramos con electrodomésticos todos los días, parece que nuestra vida se detiene sin ellos. Y cada uno de ellos en las instrucciones técnicas indica la potencia. Hoy descubriremos qué es, aprenderemos los tipos y métodos de cálculo.
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Potencia en un circuito de corriente alterna
Los aparatos eléctricos conectados a la red eléctrica funcionan en un circuito de corriente alterna, por lo que consideraremos la potencia en estas condiciones. Sin embargo, primero, demos una definición general del concepto.
Energía - una cantidad física que refleja la tasa de conversión o transmisión de energía eléctrica.
En un sentido más estricto, dicen que la potencia eléctrica es la relación entre el trabajo realizado durante un cierto período de tiempo y este período de tiempo.
Parafraseando esta definición de manera menos científica, resulta que el poder es una cierta cantidad de energía que consume el consumidor durante un cierto período de tiempo. El ejemplo más simple es una lámpara incandescente ordinaria. La velocidad a la que una bombilla convierte la electricidad que consume en calor y luz es su potencia. En consecuencia, cuanto más alto sea este indicador inicialmente para una bombilla, más consumirá energía y más luz dará.
Ya que en este caso no solo existe el proceso de convertir la electricidad en alguna otra (luz, térmica, etc.), pero también el proceso de oscilación de los campos eléctricos y magnéticos, aparece un cambio de fase entre la corriente y el voltaje, y esto debe tenerse en cuenta en los cálculos posteriores.
Al calcular la potencia en un circuito de corriente alterna, se acostumbra distinguir los componentes activos, reactivos y completos.
El concepto de potencia activa
La potencia "útil" activa es la parte de la potencia que caracteriza directamente el proceso de conversión de energía eléctrica en alguna otra energía. Denotado por la letra latina P y medido en vatios (Mar).
Calculado según la fórmula: P = U⋅I⋅cosφ,
donde U e I son los valores rms de la tensión y la corriente del circuito, respectivamente, cos φ es el coseno del ángulo de fase entre la tensión y la corriente.
¡IMPORTANTE! La fórmula descrita anteriormente es adecuada para calcular circuitos con voltaje 220VSin embargo, las unidades potentes suelen utilizar una red con un voltaje de 380V. En este caso, la expresión debe ser multiplicada por la raíz de tres o 1.73
El concepto de potencia reactiva
La potencia "dañina" reactiva es la potencia que se genera durante el funcionamiento de los aparatos eléctricos con una carga inductiva o capacitiva, y refleja las oscilaciones electromagnéticas en curso. En pocas palabras, esta es la energía que pasa de la fuente de energía al consumidor y luego regresa a la red.
Por supuesto, es imposible usar este componente en los negocios, además, daña la red de suministro de energía de muchas maneras, por lo que generalmente intentan compensarlo.
Este valor se denota con la letra latina Q.
¡RECUERDA! La potencia reactiva no se mide en vatios convencionales (Mar), y en voltios-amperios reactivos (Var).
Calculado según la fórmula:
Q = U⋅I⋅sinφ,
donde U e I son los valores rms de la tensión y la corriente del circuito, respectivamente, senφ es el seno del ángulo de fase entre la tensión y la corriente.
¡IMPORTANTE! Al calcular, este valor puede ser tanto positivo como negativo, dependiendo del movimiento de fase.
Cargas capacitivas e inductivas
La principal diferencia entre reactivo (capacitiva e inductiva) cargas - la presencia, de hecho, de capacitancia e inductancia, que tienden a almacenar energía y luego darla a la red.
Una carga inductiva convierte la energía de una corriente eléctrica primero en un campo magnético (durante medio medio ciclo), y luego convierte la energía del campo magnético en corriente eléctrica y la transmite a la red. Ejemplos son motores de inducción, rectificadores, transformadores, electroimanes.
¡IMPORTANTE! Cuando se opera una carga inductiva, la curva de corriente siempre se retrasa la curva de voltaje por medio medio ciclo.
Una carga capacitiva convierte la energía de una corriente eléctrica en un campo eléctrico y luego convierte la energía del campo resultante nuevamente en una corriente eléctrica.Ambos procesos proceden de nuevo durante medio medio ciclo cada uno. Algunos ejemplos son condensadores, baterías, motores síncronos.
¡IMPORTANTE! Durante el funcionamiento con carga capacitiva, la curva de corriente adelanta a la curva de tensión medio ciclo.
Factor de potencia cosφ
Factor de potencia cosφ (leer coseno phi) es una cantidad física escalar que refleja la eficiencia del consumo de energía eléctrica. En pocas palabras, el coeficiente cosφ muestra la presencia de una parte reactiva y el valor de la parte activa recibida en relación con la potencia total.
El coeficiente cosφ se encuentra a través de la relación entre la potencia eléctrica activa y la potencia eléctrica aparente.
¡NOTA! En un cálculo más preciso, se deben tener en cuenta las distorsiones no lineales de la sinusoide, sin embargo, se desprecian en los cálculos convencionales.
El valor de este coeficiente puede variar de 0 a 1 (si el cálculo se realiza como un porcentaje, entonces de 0% a 100%). De la fórmula de cálculo, no es difícil entender que cuanto mayor sea su valor, mayor será el componente activo, lo que significa que el rendimiento del dispositivo es mejor.
El concepto de poder total. Triángulo de poder
La potencia aparente es un valor calculado geométricamente igual a la raíz de la suma de los cuadrados de la potencia activa y reactiva, respectivamente. Designado con la letra latina S.
También puede calcular la potencia total multiplicando el voltaje y la corriente, respectivamente.
S = U⋅I
¡IMPORTANTE! La potencia aparente se mide en voltios-amperios (Virginia).
El triángulo de potencia es una representación conveniente de todos los cálculos y relaciones descritos anteriormente entre potencia activa, reactiva y aparente.
Las piernas reflejan los componentes reactivos y activos, la hipotenusa, la potencia total. De acuerdo con las leyes de la geometría, el coseno del ángulo φ es igual a la relación de los componentes activos y totales, es decir, es el factor de potencia.
Cómo encontrar la potencia activa, reactiva y aparente. Ejemplo de cálculo
Todos los cálculos se basan en las fórmulas mencionadas anteriormente y el triángulo de potencia. Veamos el problema que se encuentra con más frecuencia en la práctica.
Normalmente, los aparatos eléctricos están marcados con la potencia activa y el valor del coeficiente cosφ. Con estos datos, es fácil calcular los componentes reactivos y totales.
Para ello, dividimos la potencia activa por el coeficiente cosφ y obtenemos el producto de la corriente por la tensión. Esta será la máxima potencia.
Además, con base en el triángulo de potencia, encontramos que la potencia reactiva es igual al cuadrado de la diferencia entre los cuadrados de las potencias aparente y activa.
Cómo se mide el cosφ en la práctica
El valor del coeficiente cosφ generalmente se indica en las etiquetas de los aparatos eléctricos, sin embargo, si es necesario medirlo en la práctica, utilizan un dispositivo especializado: medidor de fase. Además, un vatímetro digital puede hacer frente fácilmente a esta tarea.
Si el coeficiente cosφ obtenido es lo suficientemente bajo, entonces se puede compensar prácticamente. Esto se hace principalmente mediante la inclusión de dispositivos adicionales en el circuito.
- Si es necesario corregir el componente reactivo, entonces se debe incluir un elemento reactivo en el circuito, que actúe de manera opuesta al dispositivo que ya funciona. Para compensar el funcionamiento de un motor de inducción, por ejemplo una carga inductiva, se conecta un condensador en paralelo. Se conecta un electroimán para compensar el motor síncrono.
- Si es necesario corregir problemas de no linealidad, se introduce en el circuito un corrector de cosφ pasivo, por ejemplo, puede ser un estrangulador de alta inductancia conectado en serie con la carga.
La potencia es uno de los indicadores más importantes de los electrodomésticos, por lo que saber qué es y cómo se calcula es útil no solo para escolares y personas especializadas en tecnología, sino también para cada uno de nosotros.
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