Айнымалы ток тізбегіндегі қуат. Актив қуат және реактивті қуат. Физика, 11 сынып,дидактикалық материал.

Айнымалы токтың қуаты

Дереккөз: https://kk.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%B9%D0%BD%D1%8B%D0%BC%D0%B0%D0%BB%D1%8B_%D1%82%D0%BE%D0%BA_%D1%82%D1%96%D0%B7%D0%B1%D0%B5%D0%B3%D1%96%D0%BD%D0%B4%D0%B5%D0%B3%D1%96_%D2%9B%D1%83%D0%B0%D1%82

Айнымалы ток тізбегінде берілген уақыт мезетіндегі қуат ток күші мен кернеудің  лездік мәндерінің көбейтіндісіне тең.

Бұл өрнекті түрлендіріп,

өрнегін аламыз.Бізге бір период ішіндегі орташа қуатты анықтау керек. Ол үшін уақытқа тәуелді тригонометриялық функциялардың орташа мәндерін табайық:

онда   Олай болса, қуатты анықтайтын өрнектегі екінші қосылғыштың орташа мәні нөлге тең. Сонымен, айнымалы ток тізбегінде орташа қуат:

(1) Бұл теңдеуге ток пен кернеудің әсерлік мәндерін қойып, ыңғайлы болу үшін әсерлік мәндердің индексін жазбай I және  U деп белгілесек,

P=I·U·cosφ (2) өрнегі шығады.

(1) мен (2) өрнектеріндегі  cosφ шамасы қуат коэффициенті деп аталады. Осы өрнек айнымалы токтың қуаты тек ток күші мен кернеуге ғана емес, сонымен қатар олардың  тербеліс фазаларының айырымына да тәуелді екенін көрсетеді.Егер тізбектегі реактивті кедергі  φ=0 болса, cosφ=1, онда  P=I·U, яғни бұрыннан белгілі тұрақты токтың қуатының формуласын аламыз. Ал тізбекте активті кедергі жоқ болса,   онда P=0.

Тек реактиві кедергісі ғана бар тізбекте орташа қуат нөлге тең. (1) формуласынан қуатты арттыру үшін cosφ шамасын — қуат коэффициентін арттыру қажет екенін көреміз. Өндірістік қондырғыларда оның шамасы ең аз дегенде  cosφ=0,85  болуы керек.  

Сонымен, айнымалы ток тізбегіндегі орташа қуат:

немесе - қуат коэффициенті деп аталады

Дереккөз:

https://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwjloann38XlAhUNCZoKHbZODH0QFjAAegQIBRAC&url=https%3A%2F%2Fwww.ektu.kz%2Ffiles%2FDistanceEducation%2FResource%2F205784%2F%25D0%25B4%25D3%2599%25D1%2580%25D1%2596%25D1%2581%25208.docx&usg=AOvVaw1rbw7yeajUndPAwNJlNP7d

 Тұрақты токтың қуаты кернеу мен токтың көбейтіндісімен анықталатыны белгілі. Айнымалы ток жағдайында кернеу болсын, ток болсын уақыт бойынша периодты түрде өзгеріп отырады. Демек, уақыттың қандай болмасын мезгілінде кернеу мен токтың лездік мәндерінің көбейтіндісіне тең қуаттың (р = uі), өзі де айнымалы шама болып табылады.

Активтік жүктеме кезінде кернеу мен ток арасындағы фазалық ығысу болмайды (φ = 0 немесе соs φ=1), қуат кернеу мен токтың әсер етуші мәндерінің кобейтіндісі түрінде анықталады және ваттпен (немесе киловаттпен, мегаваттпен және т. с.) өлшенеді яғни

 P=UI (1)

Активтік кедергіден және индуктивтіктен туратын тізбекте ток кернеуден фаза бойынша φ бұрышқа қалып отырады

(39-сурет)

және қуаттың лездік мәні оң да, теріс те болуы мүмкін, яғни жүктеме периодтың бір бөлігінде энергияны тұтынып, ал екінші бөлігінде оны қайтадан желіге қайтарады. Айнымалы токтың қуатын активтік және реактивтік қуаттар түрінде көрсетіп беруге болады.

Активтік қуатты активтік кедергі тұтынады, мұнда электр энергия-сының басқа энергия түрлерінс механикалық, сәулелік, жылулық және т. б. айналу процесі жүріп жатады.

Активтік қуат

 P = I²R (2)

 IR = U_R =Ucosφ екенін еске түсіріп, Р = R/cos φ (3)

 Q = UI sin φ = U_l I = I²X_l (4)

Q реактивтік қуат деп аталады. Ол реактивтік вольтампер (немесе киловольтампер) (Вар немесе Квар) өлшемімен анықталады. Реактивтік қуатты энергия тұтынушы пайдаланбайды және электр энергиясының энергияның басқа түріне айналу процесіне қатыспайды. Бұл қуат энергия көзімен тұтынушының арасында, олардың орамаларының және энергия тұтынушыны оның көзімен қосатын желілердің сымдарын жүктеп, айналып жүреді, және де олардағы энергия шығынын ұлғайтады.

Кернеу мен токтың әсер етуші мәндерінің көбейтіндісі толық, қуат S деп аталып, вольтамиермен немесе киловаттампермен ВА немесе ВА) өлшенеді, яғни екенін табамыз, мұндағы U және I— кернеу мен токтың әсер етуші мәндері, UR — активтік кедергіде кернеудің түсуі.

Реактивтік қуат индуктивтікте орауыштың магнит өрісі түрінде тізбектегі ток өскен кезде қорланады. Тізбектегі ток азайғанда, магнит өрісінде қорланған энергия электр энергиясына айналып, энергия көзіне қайтып оралады. UI -дің әсер етуші мәндері мен sin φ көбейтіндісі

(5)

Электр аппараттарының және машиналардың ауқымдары толық қуатпен анықталады, өйткені орама сымдарының қимасы олар ар-қылы ағып өтетін токқа тәуелді, ал ток өткізетін бөліктердің оқшауламасы оларға берілген кернеуге тәуелді.

Активтік қуаттың толық қуатқа қатынасы

(6)

Толық қуаттың қандай бөлігі тізбекпен тұтынылатынын көрсетеді, оның мәні кернеу мен токтың арасындағы фазалық ығысу бұрышының косинусына тең болады, және қуат коэффициенті деп аталады. Активтік жүктемеде cos φ= 1 және S = P, яғни электр ап-параты немесе машина ең үлкен активтік қуатқа ие болады.

Толық қуат, актив қуат, реактивті қуат үшін векторлық диаграмма төмендегі суреттегідей болады:

Ф бұрышы – толық қуат пен актив қуаттың арасындағы бұрыш.