Potencias activa, reactiva y aparente (aparente). Fórmula de poder actual. Potencia real y nominal. Eficiencia de los electrodomésticos

Contenido:

Desde hace tiempo se sabe que en este mundo hay Pequeños que preguntan a sus papás no sólo qué es bueno y qué es malo, sino también cualquier cosa. Por lo tanto, es muy posible que un Tiny mayor se pregunte por qué en la calefacción está escrito 2000 W. Los Tiny que saben leer, sus papás y muchos otros lectores que han olvidado los conceptos básicos de física encontrarán más información que refresque su memoria. En particular, recordemos cómo se mide la potencia y cómo se llama la unidad de medida de la potencia eléctrica.

El poder está a nuestro alrededor

Ahora, dondequiera que viva la gente, hay aparatos eléctricos. Cada uno de ellos muestra el consumo de energía. En la ficha técnica o en el manual de funcionamiento hay palabras aclaratorias: energía eléctrica. Esta definición se percibe como algo abstracto y no vital, impersonal. Después de todo, si en la vida ocurre alguna manifestación de energía y, en consecuencia, de poder, para lo cual se usa a menudo la palabra "poder", siempre queda claro con quién o con qué está conectado.

Por ejemplo, una corriente de lodo descendió de las montañas y afectó con todas sus fuerzas a tal o cual ciudad. Inmediatamente queda claro que el flujo de lodo es poderoso, tiene poder destructivo, y el concepto de poder está asociado precisamente a él, a su movimiento, a en qué consiste. ¿Pero la energía eléctrica está conectada a quién o qué? Como todos conocemos desde pequeños los peligros de una toma de corriente, lo primero a lo que hay que prestar atención es al voltaje. Y de hecho: dado que el funcionamiento de los aparatos eléctricos requiere voltaje en el tomacorriente, entonces podemos decir que la potencia de la electricidad es la potencia del voltaje.

Pero si hay un calentador cerca del tomacorriente y su enchufe no está en él, no proporciona calor. Sin embargo, todavía hay voltaje en el tomacorriente. Y no pasa nada. Esto significa que la definición de "potencia de voltaje" es incorrecta. La liberación de calor y otras manifestaciones de energía eléctrica siempre están asociadas con la aparición de un conductor entre puntos con diferentes potenciales eléctricos y procesos actuales en él. Su intensidad está directamente relacionada con la liberación de calor y luz, lo que se ilustra con relámpagos y truenos.

Por lo tanto, la potencia eléctrica es potencia actual, no potencia de voltaje. Y no en vano se introdujo en la electricidad una definición como corriente eléctrica. Aunque es imposible ver la apariencia de la corriente eléctrica, a diferencia del flujo de líquido, existen muchas similitudes entre ambas. Al igual que un flujo de lodo, hay una fuerza actual. Pero su naturaleza es diferente. Esta fuerza no tiene un efecto mecánico directo. Sin embargo, como lo demuestran varias máquinas y aparatos eléctricos, la corriente puede hacer mucho.

Este “mucho” puede indicarse por tres resultados principales que da la potencia de la corriente eléctrica:

• cálido;
• luz;
• campos electromagnéticos.

Para realizar cálculos y mediciones de potencia de corriente eléctrica, se adoptaron unidades de potencia actuales. Deben su nombre al físico inglés James Watt en 1882. Este científico estudió los procesos asociados con la realización de diversos tipos de trabajo como una cantidad física. Desde entonces se utiliza 1 vatio, que se abrevia como W y W. Si alguien ha olvidado lo que esto significa en física, le recordamos: la potencia es igual al trabajo realizado por unidad de tiempo.

Y para no esforzarse escribiendo una gran cantidad de ceros para grandes valores de potencia eléctrica, antes de W escriben:

• kilo, abreviado kW - en lugar de tres ceros;
• mega, respectivamente, mW - en lugar de seis ceros;
• giga, gW - en lugar de nueve ceros.

Un poder tan multifacético...

En la época de Watt, la ingeniería eléctrica apenas comenzaba a desarrollarse y, por esta razón, la física era notablemente más sencilla de lo que es hoy. La corriente eléctrica continua se ha estudiado mucho más que la corriente alterna. Para cálculos con corriente eléctrica constante, se justificó la fórmula:

en el que hay potencia p, voltaje u y corriente eléctrica i. Pero también existe la corriente eléctrica alterna. Las investigaciones han demostrado que la potencia p de la fórmula de corriente continua no se corresponde con la realidad. En la corriente alterna aparecen propiedades nuevas y completamente diferentes de la potencia actual. Su resultado es invisible y no perceptible sin medidas e instrumentos especiales. En corriente alterna, la energía aparece debido a la creación de campos electromagnéticos en los inductores, así como campos electrostáticos en los condensadores.

Ésta fue la razón de la discrepancia entre la expresión de potencia p=u*i. Tuve que introducir una medición separada para la corriente alterna. La unidad adoptada para ello es var (abreviada). Por analogía con la corriente continua, esto significa voltamperio reactivo (nombre completo).

Una discusión más detallada sobre la corriente alterna está más allá del alcance de la narrativa actual. Y lo más probable es que los más pequeños se queden profundamente dormidos aproximadamente a la mitad de nuestro artículo. La sobrecarga de información actúa como una pastilla para dormir. Por lo tanto, la energía CA es una historia completamente diferente...

Fuerza. Vatio.

El voltaje se mide con un voltímetro (V) y la corriente a través de la carga (R) con un amperímetro (A).

Está claro que se puede obtener la misma potencia con diferentes valores del voltaje de la fuente de corriente. Con una tensión de fuente de 1 voltio, para obtener una potencia de 1 vatio, es necesario hacer pasar una corriente de 1 amperio a través de la carga (1V x 1A = 1W). Si la fuente produce un voltaje de 10 voltios, se logra una potencia de 1 vatio con una corriente de 0,1 amperios (10V x 0,1A = 1W).

La potencia en física es la velocidad a la que se realiza algún trabajo.

Cuanto más rápido se realiza el trabajo, mayor es el poder del ejecutante.

Un coche potente acelera más rápido. Una persona poderosa (fuerte) puede arrastrar más rápido una bolsa de patatas hasta el noveno piso.

1 vatio es una potencia que permite realizar 1 J de trabajo en un segundo (lo que es un julio se describió anteriormente).

Si eres capaz de acelerar un cuerpo de dos kilogramos a una velocidad de 1 m/s en un segundo, entonces estás desarrollando una potencia de 1 W.

Si levantas una carga de un kilogramo a una altura de 0,1 metros por segundo, tu potencia es de 1 W porque la carga adquiere una energía potencial de 1 J por segundo.

Si dejas caer un plato desde la misma altura sobre un suelo de cemento y el segundo sobre una manta, el primero probablemente se romperá, pero el segundo sobrevivirá. ¿Cuál es la diferencia? Las condiciones iniciales y finales son las mismas. Las placas caen desde la misma altura y por tanto tienen la misma energía. Ambas placas se detienen al nivel del suelo: todo parece idéntico. La única diferencia es El caso es que la energía que la placa acumuló durante el vuelo se libera instantáneamente (muy rápidamente) en el primer caso, y cuando la placa cae sobre una manta o alfombra, el proceso de frenado se prolonga en el tiempo.

Supongamos que la placa que cae tiene una energía cinética de 1 J. El proceso de colisión con un suelo de hormigón dura, digamos, 0,001 segundos. ¡Resulta que la potencia liberada durante el impacto es 1/0,001=1000 W!

Si la placa frena suavemente durante 0,1 segundos, la potencia será 1/0,1=10 W. Ya existe la posibilidad de sobrevivir, si hay un organismo vivo en el lugar del plato.

Por eso en los coches hay zonas de deformación y airbags, para que extender el proceso de liberación de energía en el tiempo en caso de accidente, es decir, reducir la potencia en caso de impacto. Y la liberación de energía, por cierto, es trabajo. En este caso, el trabajo consiste en romper tus órganos internos y romper tus huesos.

En absoluto, El trabajo es el proceso de convertir un tipo de energía en otro..

Otro ejemplo: puedes quemar el contenido de una bombona de propano en un quemador sin consecuencias. Pero si mezclas el gas contenido en el cilindro con aire y lo enciendes, sucederá explosión.

En ambos casos se libera la misma cantidad de energía. Pero en el segundo, la energía se libera en un corto período de tiempo. A potencia: la relación entre la cantidad de trabajo y el tiempo en que se realiza.

En cuanto a la electricidad, 1 W es la potencia liberada por la carga cuando el producto de la corriente que la atraviesa y el voltaje en sus extremos es igual a la unidad. Es decir, por ejemplo, si la corriente que circula por la lámpara es de 1 A y el voltaje en sus terminales es de 1 V, la potencia liberada a través de ella es de 1 W.

Una lámpara con una corriente de 2 A tendrá la misma potencia a un voltaje de 0,5 V; el producto de estas cantidades también es igual a uno.

Entonces:

P = U*I. La potencia es igual al producto del voltaje y la corriente..

Podemos escribirlo de otra manera:

Yo = P/U- la corriente es igual a la potencia dividida por el voltaje.

Hay, por ejemplo, una lámpara incandescente. En su base se indican los siguientes parámetros: voltaje 220 V, potencia 100W. Una potencia de 100 W significa que el producto del voltaje aplicado a su terminal multiplicado por la corriente que circula por esta lámpara es cien. U*I=100.

¿Qué corriente circulará por él? Watson elemental: I = P/U, dividir potencia por voltaje (100/220), obtenemos 0,454 A. La corriente a través de la lámpara es 0,454 amperios. O, en otras palabras, 454 miliamperios (mili - milésima).

Otra opción de grabación U = P/I. También será útil en alguna parte.

Ahora disponemos de dos fórmulas: la ley de Ohm y la fórmula de la potencia de la corriente eléctrica. Y esto ya es una herramienta.

Queremos saber la resistencia del filamento de la misma lámpara incandescente de cien vatios.

La ley de Ohm nos dice: R = U/I.

No es necesario calcular la corriente que pasa por la lámpara para sustituirla en la fórmula más adelante, pero toma un atajo: como I = P/U, sustituimos P/U en lugar de I en la fórmula R = U/I .

De hecho, ¿por qué no sustituir la corriente (que desconocemos) por el voltaje y la potencia de la lámpara (que están indicados en la base)?

Entonces: R = U/P/U, que es igual a U^2/P. R = U^2/P. Elevamos al cuadrado 220 (voltaje) y lo dividimos por cien (potencia de la lámpara). Obtenemos una resistencia de 484 Ohmios.

Puedes consultar los cálculos. Arriba, calculamos la corriente a través de la lámpara: 0,454 A.

R = U/I = 220/0,454 = 484 ohmios. Digan lo que digan, sólo hay una conclusión correcta.

Una vez más, la fórmula de potencia es: P = U*I(1), o Yo = P/U(2), o U = P/I (3).

Ley de Ohm: Yo = U/R(4) o R = U/I(5) o U = I*R (6).

pag - poder

U - voltaje

yo - actual

R - resistencia

En cualquiera de estas fórmulas, en lugar de un valor desconocido, puedes sustituirlo por valores conocidos.

Si necesita averiguar la potencia, teniendo los valores de voltaje y resistencia, tome la fórmula 1, en lugar de la corriente I sustituimos su equivalente de la fórmula 4.

Resulta P = U^2/R. La potencia es igual al cuadrado del voltaje dividido por la resistencia. Es decir, cuando cambia el voltaje aplicado a la resistencia, la potencia liberada sobre ella cambia en una relación cuadrática: el voltaje se duplicó, la potencia (para la resistencia - calentamiento) se cuadruplicó. Esto es lo que nos dicen las matemáticas.

Una analogía hidráulica ayudará nuevamente a comprender por qué sucede esto en la práctica.Un objeto situado a cierta altura tiene energía potencial. Y, descendiendo desde esta altura, puede trabajar. Así es como el agua realiza el trabajo de generar energía en una central hidroeléctrica, cayendo a través de una turbina hidráulica desde el nivel del embalse hasta el agua de cola (nivel inferior).

La energía potencial de un objeto depende de su masa y de la altura a la que se encuentra (cuanto más problemas causará la caída de una piedra, más pesará y mayor será la altura desde la que caiga). También importa la gravedad en el lugar donde cae. La misma piedra que cae desde la misma altura es más peligrosa en el piso que en la Luna, ya que en la Luna la “fuerza de gravedad” (la fuerza que empuja la piedra hacia abajo) es 6 veces menor que en la Tierra. Entonces, tenemos tres parámetros que afectan la energía potencial: masa, altura y gravedad. Son exactamente lo que contiene la fórmula de la energía cinética:

Ek = m*g*h,

Dónde metro- masa del objeto,gramo- aceleración de la caída libre en un lugar determinado ("gravedad"),h- la altura a la que se encuentra el objeto.

Montamos la instalación: una bomba accionada por un motor bombeará agua desde el depósito inferior al superior, y el agua que fluye bajo la influencia de la gravedad desde el depósito superior hará girar el generador:

Está claro que cuanto mayor sea la columna de agua, más energía tendrá el agua. Duplicamos la altura del pilar. Está claro que al doble de altura h, el agua tendrá el doble de energía potencial y, al parecer, ¿la potencia del generador debería duplicarse? De hecho, su potencia se cuadriplicará. ¿Por qué? Porque al duplicar la presión desde arriba, el flujo de agua a través del generador se duplicará. Y duplicar el caudal de agua con el doble de presión permitirá cuadriplicar la potencia liberada por el generador: el doble y el doble.

Lo mismo sucede con la resistencia cuando el voltaje que se le aplica se duplica. Recordamos la fórmula de la potencia liberada por una resistencia, ¿verdad?

P = U*I.

Fuerza PAG igual al producto del voltaje Ud., aplicado a la resistencia y la corriente. I fluyendo a través de él. Cuando el voltaje aplicado se duplica Ud., la potencia parece tener que duplicarse. ¡Pero un aumento de voltaje también conduce a un aumento proporcional de la corriente a través de la resistencia! Por tanto, se duplicará no sólo Ud., pero también I. Por eso la potencia depende del voltaje aplicado de forma cuadrática.

Una batería con el doble de voltaje "bombea" electrones al doble de "altura", y esto conduce exactamente a la misma imagen que en el análogo hidráulico.

¿Necesita averiguar la potencia, conociendo la resistencia y la corriente, pero sin conocer el voltaje? Ningún problema. En la misma primera fórmula en su lugar Ud. sustituir el equivalente Ud. de la fórmula 6. Obtenemos P = I^2*R. La potencia es igual al cuadrado de la corriente multiplicada por la resistencia.

El análogo hidráulico anterior le ayudará a comprender por qué. Duplicar la corriente a través de una resistencia determinada solo es posible duplicando el voltaje que se le aplica. Entonces, la fórmula P = U*I, funcionará aquí también, a pesar de la ausencia en la fórmula P = I^2*R Voltaje. Lo que pasa es que la tensión en este caso está presente “entre bastidores”, escondida detrás de otras variables.

Otra rareza de esta fórmula es que el poder es directamente proporcional a la resistencia. ¿Cómo puede ser esto? Bueno, entonces rompamos el circuito por completo, la resistencia aumentará hasta el infinito, lo que significa que la potencia liberada en lo que no está aumentará en consecuencia. Qué absurdo.

En realidad es simple. Un aumento en la resistencia dará como resultado una disminución correspondiente en la corriente a través de la resistencia. Si en la fórmula

P = I^2*R,

resistencia R doble, entonces la corriente I se reducirá a la mitad. Y la dependencia de la potencia de la corriente en esta fórmula es cuadrática. Por lo tanto, se espera que la potencia liberada por la resistencia disminuya a la mitad.

Te recuerdo:

Voltaje (Ud.) es la “diferencia de presión eléctrica” entre dos puntos cualesquiera del circuito eléctrico (análoga a la diferencia de presión del fluido). Unidad - voltio.

Actual (I) es el número de electrones que pasan a través de una sección del circuito (análogo a un flujo de fluido).Unidad - amperio. 1 A = 1 C/seg.

Resistencia (R) - la capacidad de una sección de un circuito para interferir (resistir) el movimiento de los electrones(como un cuello de botella o un bloqueo en una tubería).Unidad - ohm.

Fuerza (PAG) es el producto del voltaje y la corriente (como si multiplicáramos el flujo de agua a través de cualquier sección del sistema de suministro de agua por la diferencia de presión en los extremos de esta sección).Unidad - vatio.

Conectar a un consumidor a una red eléctrica doméstica o industrial cuya potencia sea mayor que aquella para la que está diseñado el cable o alambre tiene las consecuencias más desagradables y, a veces, catastróficas. Si el cableado eléctrico dentro de la vivienda está organizado correctamente, los disyuntores se dispararán constantemente o se quemarán los fusibles (enchufes).

Si la protección se realiza incorrectamente o falta por completo, esto puede provocar:

• al quemado del cable o cable de alimentación;
• fusión de aislamiento y cortocircuito entre cables;
• sobrecalentamiento de conductores de cables de cobre o aluminio e incendio.

Por tanto, antes de conectar un consumidor a la red eléctrica, es recomendable conocer no sólo su potencia eléctrica nominal, sino también la corriente consumida de la red.

Cálculo del consumo de energía.

La fórmula para calcular la potencia en función de la corriente y el voltaje se conoce en un curso de física escolar. El cálculo de la potencia de corriente eléctrica (en vatios) para una red monofásica se realiza según la expresión:

• donde U es el voltaje en voltios
• I – corriente en amperios;
• Cosφ es el factor de potencia, dependiendo de la naturaleza de la carga.

Puede surgir la pregunta: ¿por qué necesitamos una fórmula para calcular la potencia actual cuando se puede encontrar en el pasaporte del dispositivo conectado? La determinación de los parámetros eléctricos, incluido el consumo de energía y corriente, es necesaria en la etapa de diseño del cableado eléctrico. La sección transversal del alambre o cable está determinada por la corriente máxima que fluye en la red. Para calcular la corriente por potencia, puede utilizar la fórmula convertida:

El factor de potencia depende del tipo de carga (activa o reactiva). Para los cálculos cotidianos, se recomienda tomar su valor igual a 0,90...0,95. Sin embargo, al conectar estufas eléctricas, calentadores, lámparas incandescentes, cuya carga se considera activa, este coeficiente puede considerarse igual a 1.

Las fórmulas anteriores para calcular la potencia por corriente y voltaje se pueden utilizar para una red monofásica con un voltaje de 220,0 voltios. Para una red trifásica tienen una forma ligeramente modificada.

Cálculo de potencia de consumidores trifásicos.

La determinación del consumo de energía para una red trifásica tiene sus propias particularidades. La fórmula para calcular la potencia de corriente eléctrica de los consumidores domésticos trifásicos es la siguiente:

Р=3,00,5 ×U×I×Cosφ o 1,73×U×I×Cosφ,

Funciones de cálculo

Las fórmulas anteriores están destinadas a cálculos domésticos simplificados. Al determinar los parámetros efectivos se debe tener en cuenta la conexión real. Un ejemplo típico es el cálculo del consumo de energía de una batería. Dado que la corriente que fluye en el circuito es constante, el factor de potencia no se tiene en cuenta, ya que la naturaleza de la carga no afecta el consumo de energía. Tanto para los consumidores activos como para los reactivos, su valor se considera igual a 1,0.

El segundo matiz que se debe tener en cuenta a la hora de realizar cálculos eléctricos domésticos es el valor de tensión real. No es ningún secreto que en las zonas rurales el voltaje de la red puede fluctuar dentro de límites bastante amplios. Por lo tanto, cuando se utilizan fórmulas de cálculo, es necesario sustituirlas por valores de parámetros reales.

La tarea de calcular los consumidores trifásicos es aún más complicada. Al determinar el flujo de corriente en la red, es necesario tener en cuenta además el tipo de conexión: "estrella" o "triángulo".

Todos los electrodomésticos modernos tienen energía eléctrica. Su valor digital lo indica el fabricante en el cuerpo del secador de pelo o hervidor eléctrico, o en la tapa del robot de cocina.

Unidades

El cálculo de la energía eléctrica le permite determinar el costo de la energía eléctrica consumida por diferentes dispositivos durante un período de tiempo determinado. El exceso de vatios y kilovatios provoca fallos en los cables y deformación de los contactos.

La relación entre la corriente eléctrica y la potencia consumida por los dispositivos.

La energía eléctrica representa el trabajo realizado durante un período de tiempo. Un dispositivo enchufado a una toma de corriente funciona, medido en vatios (W). El cuerpo indica la cantidad de energía que consumirá el dispositivo durante un determinado período de tiempo, es decir, se da la potencia eléctrica consumida.

El consumo de energía

Se gasta para asegurar que los electrones se muevan en el conductor. En el caso de que un electrón tenga una carga unitaria, es comparable al valor del voltaje de la red. La energía total necesaria para mover todos los electrones se determinará como el producto del voltaje por el número de electrones en el circuito cuando el dispositivo eléctrico está funcionando. A continuación se muestra la fórmula de la energía eléctrica:

Considerando que la cantidad de electrones que fluyen durante un período de tiempo a través de la sección transversal de un conductor representa una corriente eléctrica, podemos representarla en una expresión para la cantidad deseada. La fórmula de la energía eléctrica será la siguiente:

En realidad, no es necesario calcular la potencia en sí, sino el valor actual, conociendo el voltaje de la red y la potencia nominal. Una vez determinada la corriente consumida por un determinado dispositivo, puede correlacionar la clasificación del tomacorriente y el disyuntor.

Ejemplos de cálculos

Para un hervidor, cuya potencia eléctrica está diseñada para dos kilovatios, el consumo de corriente está determinado por la fórmula:

Yo=P/U=(2*1000)/220=9A

Para conectar un dispositivo de este tipo a una red eléctrica normal, un conector con capacidad para 6 amperios claramente no es adecuado.

Las relaciones anteriores entre potencia y corriente eléctrica sólo son relevantes cuando los valores de tensión y corriente están completamente en fase. La fórmula de energía eléctrica es adecuada para casi todos los electrodomésticos.

Situaciones excepcionales

Si hay una gran capacitancia o inductancia en el circuito, las fórmulas utilizadas no serán confiables y no podrán usarse para cálculos matemáticos. Por ejemplo, la potencia eléctrica de un motor de CA se definiría de la siguiente manera:

cosφ es el factor de potencia, que para motores eléctricos es de 0,6 a 0,8 unidades.

Al determinar los parámetros de un dispositivo en una red trifásica con un voltaje de 380 V, es necesario sumar la potencia a partir de valores individuales para cada fase.

Ejemplo de cálculo

Por ejemplo, en el caso de una caldera trifásica diseñada para una potencia de 3 kW, en cada fase se consume 1 kW. Calculemos el valor de la corriente de fase usando la fórmula:

I=P/U_ф =(1*1000)/220=4,5A.

El hombre moderno se caracteriza por el uso constante de electricidad en la producción y en el hogar. Utiliza dispositivos que consumen corriente eléctrica y utiliza dispositivos que la producen. Al trabajar con este tipo de fuentes, es importante tener en cuenta las capacidades máximas que se asumen en las especificaciones técnicas.

Una magnitud física como la energía eléctrica es uno de los principales indicadores de cualquier dispositivo que funcione cuando un flujo de electrones lo atraviesa. Para transportar o transmitir grandes cantidades de energía eléctrica necesaria en condiciones industriales, se utilizan líneas de transmisión eléctrica de alto voltaje.

La conversión de energía se lleva a cabo en potentes subestaciones transformadoras. La conversión trifásica es típica de electrodomésticos industriales y domésticos para diversas aplicaciones. Por ejemplo, gracias a esta transformación, funcionan lámparas incandescentes de diferentes clasificaciones.

En ingeniería eléctrica teórica existe la energía eléctrica instantánea. Este valor está asociado con el flujo de una única carga elemental a través de una determinada superficie durante un corto período de tiempo. Esta carga realiza trabajo, lo que está asociado al concepto de potencia instantánea.

Al realizar cálculos matemáticos simples, puede determinar la cantidad de energía. Conociendo este valor, se puede seleccionar el voltaje para el pleno funcionamiento de una variedad de electrodomésticos e industriales. En este caso, podrá evitar los riesgos asociados con el desgaste de costosos aparatos eléctricos, así como la necesidad de cambiar periódicamente el cableado eléctrico de su apartamento u oficina.

Al diseñar cualquier circuito eléctrico, se realizan cálculos de potencia. En base a esto, se seleccionan los elementos principales y se calcula la carga permitida. Si el cálculo para un circuito de corriente continua no es difícil (de acuerdo con la ley de Ohm, es necesario multiplicar la corriente por el voltaje - P = U * I), entonces calcular la potencia de corriente alterna no es tan simple. Para explicarlo será necesario recurrir a los conceptos básicos de la ingeniería eléctrica, sin entrar en detalles, aquí tienes un breve resumen de los puntos principales.

La potencia total y sus componentes.

En los circuitos de CA, los cálculos de potencia se realizan teniendo en cuenta las leyes de los cambios sinusoidales de tensión y corriente. En este sentido, se introdujo el concepto de potencia total (S), que incluye dos componentes: reactiva (Q) y activa (P). Se puede hacer una descripción gráfica de estas cantidades a través de un triángulo de potencia (ver Fig. 1).

El componente activo (P) se refiere a la potencia de la carga útil (la conversión irreversible de electricidad en calor, luz, etc.). Este valor se mide en vatios (W), a nivel doméstico se acostumbra calcular en kilovatios (kW), en el sector industrial, megavatios (mW).

El componente reactivo (Q) describe la carga eléctrica capacitiva e inductiva en el circuito de corriente alterna, la unidad de medida de esta cantidad es Var.

Arroz. 1. Triángulo de potencias (A) y voltajes (V)

De acuerdo con la representación gráfica, las relaciones en el triángulo de potencia se pueden describir utilizando identidades trigonométricas elementales, lo que permite utilizar siguientes fórmulas:

• S = √P 2 +Q 2, – para potencia máxima;
• y Q = U*I*cos⁡ φ, y P = U*I*sin φ – para los componentes reactivo y activo.

Estos cálculos son aplicables para una red monofásica (por ejemplo, una doméstica de 220 V) para calcular la potencia de una red trifásica (380 V), es necesario agregar un multiplicador a las fórmulas - √3 (con un simétrico); carga) o sumar las potencias de todas las fases (si la carga es asimétrica).

Para comprender mejor el proceso de influencia de los componentes de la potencia total, consideremos la manifestación “pura” de la carga en forma activa, inductiva y capacitiva.

Carga activa

Tomemos un circuito hipotético que utiliza una resistencia activa "pura" y una fuente de voltaje CA adecuada. En la Figura 2 se muestra una descripción gráfica del funcionamiento de dicho circuito, que muestra los parámetros principales para un cierto rango de tiempo (t).

Figura 2. Potencia de una carga activa ideal

Podemos ver que el voltaje y la corriente están sincronizados tanto en fase como en frecuencia, mientras que la potencia tiene el doble de frecuencia. Tenga en cuenta que la dirección de esta cantidad es positiva y aumenta constantemente.

Carga capacitiva

Como se puede ver en la Figura 3, la gráfica de las características de una carga capacitiva es ligeramente diferente a la activa.

Figura 3. Gráfico de carga capacitiva ideal

La frecuencia de las oscilaciones de potencia capacitiva es el doble de la frecuencia del cambio de voltaje sinusoidal. En cuanto al valor total de este parámetro, durante un período armónico es igual a cero. Al mismo tiempo, tampoco se observa ningún aumento de energía (∆W). Este resultado indica que su movimiento se produce en ambos sentidos de la cadena. Es decir, cuando aumenta el voltaje, la carga se acumula en la capacitancia. Cuando ocurre un semiciclo negativo, la carga acumulada se descarga en el circuito del circuito.

Durante el proceso de acumulación de energía en la capacitancia de carga y posterior descarga, no se realiza ningún trabajo útil.

Carga inductiva

El siguiente gráfico demuestra la naturaleza de una carga inductiva "pura". Como podemos ver, sólo ha cambiado la dirección de la potencia; en cuanto al aumento, es igual a cero.

Efectos negativos de la carga reactiva.

En los ejemplos anteriores, se consideraron opciones donde había una carga reactiva "pura". No se tuvo en cuenta el factor de influencia de la resistencia activa. En tales condiciones, el efecto reactivo es cero, lo que significa que puede ignorarse. Como comprenderá, en condiciones reales esto es imposible. Incluso si hipotéticamente existiera tal carga, no se puede descartar la resistencia de los conductores de cobre o aluminio del cable necesarios para conectarlo a la fuente de alimentación.

El componente reactivo puede manifestarse en forma de calentamiento de los componentes activos del circuito, por ejemplo, el motor, el transformador, los cables de conexión, el cable de alimentación, etc. Se gasta una cierta cantidad de energía en esto, lo que conduce a una disminución de las características básicas.

La potencia reactiva afecta a un circuito de la siguiente manera:

• no produce ningún trabajo útil;
• provoca pérdidas graves y cargas anormales en los aparatos eléctricos;
• puede causar un accidente grave.

Es por ello que, al realizar los cálculos adecuados para un circuito eléctrico, no se puede excluir la influencia de cargas inductivas y capacitivas y, si es necesario, prever el uso de sistemas técnicos para compensarla.

Cálculo del consumo de energía.

En la vida cotidiana, a menudo es necesario calcular el consumo de energía, por ejemplo, para verificar la carga permitida en el cableado antes de conectar un consumidor eléctrico que consume muchos recursos (aire acondicionado, caldera, estufa eléctrica, etc.). Además, dicho cálculo es necesario al elegir disyuntores para el tablero de distribución a través del cual el apartamento está conectado a la fuente de alimentación.

En tales casos, no es necesario calcular la potencia en términos de corriente y voltaje; basta con sumar el consumo de energía de todos los dispositivos que se pueden encender al mismo tiempo. Sin involucrarte en cálculos, puedes conocer este valor para cada dispositivo de tres maneras:

Al realizar cálculos, se debe tener en cuenta que la potencia de arranque de algunos aparatos eléctricos puede diferir significativamente de la nominal. Para los electrodomésticos, este parámetro casi nunca se indica en la documentación técnica, por lo que es necesario consultar la tabla correspondiente, que contiene los valores promedio de los parámetros de potencia de arranque para varios dispositivos (es recomendable elegir el valor máximo) .