Оптимізація напруги Як це працює - Поясніть, що саме
Кріс Вудфорд. Останнє оновлення: 28 лютого 2020 року.
Чи ви коли-небудь чули, як люди говорять про те, щоб за допомогою кувалди зламати горіх? Застосування занадто великої сили там, де можна зробити лише трохи, - це, очевидно, втрата енергії, - але це все, що ми робимо весь час, коли йдеться про електроенергію. Загалом кажучи, напруга - це електричний еквівалент сили, і ми часто живимо електричні прилади та пристрої набагато більше вольт, ніж їм насправді потрібно. Використання "електричного кувалди" для розлому електричної гайки марно витрачає гроші, а також енергію і може значно скоротити термін служби дорогого обладнання. Якщо у вас щось на зразок заводу з великою кількістю величезних машин, що живляться від електродвигунів, використання занадто великої напруги може додати непотрібних 10–20 відсотків до вашого рахунку за електроенергію; помножте це на весь промисловий світ, і ви отримаєте велику проблему, яка шкідлива для економіки та планети. Одним із рішень є використання обладнання для оптимізації напруги (також відоме як корекція, стабілізація, регулювання або зменшення напруги), яке постійно регулює подачу електроенергії, завдяки чому ви отримуєте саме ту напругу, яка вам потрібна. Давайте детальніше розглянемо, як це працює!
Фото: Концепція оптимізації напруги: вона перетворює електромеханічні хвилі різної форми та розмірів у хвилі саме тієї форми та розміру, щоб ефективніше працювати ваше обладнання.
Зміст
Чому напруга може бути проблемою
Різноманітність напруги
Ви коли-небудь помічали, що всі маленькі гаджети та штучки, які є у вас вдома, використовують трохи різну напругу електрики? Усі ваші великі електроприлади розроблені для відключення побутових джерел живлення, як правило, 110 вольт або 230 вольт залежно від того, де ви знаходитесь у світі. Але менші пристрої будуть використовувати всі види різної напруги. Для ліхтарика буде використовуватися близько 3 вольт, для цифрової камери 4 вольта, для мобільного телефону або програвача компакт-дисків 6 вольт, для ноутбука близько 20 вольт тощо. Ви ніколи не замислювались, чому більші прилади потребують більше? Думайте про напругу, думайте про силу: загалом кажучи, вам потрібна більша напруга, щоб подавати електричний струм через щось на зразок електродвигуна в холодильнику чи пилососі, ніж через крихітну маленьку лампу розжарювання у ліхтарику чи мікросхеми у вашому ноутбуці. Вам потрібен більший кувалда, щоб зламати більший горіх.
Інший спосіб думати про це - пам’ятати, що кількість енергії, яку використовує електрика, пропорційна її напрузі. Якщо вам потрібен електричний прилад, щоб полегшити своє життя, роблячи щось, що вимагає багато енергії (наприклад, підстригання живої огорожі або сушіння джинсів), йому також потрібно буде вкладати багато енергії щосекунди - а це означає багато напруги. Теоретично, ви можете живити сушильну машину за допомогою 1,5-вольтової батареї, але її крихітна напруга буде виробляти енергію занадто повільно, щоб випаровувати воду з вашого одягу, і такий мізерний блок живлення просто не містить достатньо енергії, щоб зробити все робота. Сушарка на 110 вольт (або 220 вольт) виконає цю роботу належним чином і набагато швидше, але це не обов’язково буде мати різницю, якщо потужність вашої домогосподарства насправді становить 130 вольт (або 250 вольт)
Фото: Електростанції розроблені для отримання досить постійної напруги за допомогою регуляторів напруги, амперметрів, ватметрів, синхроскопів (які забезпечують синхронізацію генераторів електроенергії між собою та електромережі, до якої вони підключаються) та багато іншого. Фото обладнання для регулювання потужності в диспетчерській на гідроелектростанції White River, виконане Джетом Лоу, люб'язно надано Бібліотекою Конгресу США, Відділом друку та фотографії, Історичним американським інженерним записом.
Перенапруга
Як тільки електроенергія залишає електростанцію, комунальні підприємства майже не знають, що ми з нею насправді робимо. Вони просто дають нам однакові основні запаси і дозволяють нам продовжувати це. На практиці промислові користувачі отримуватимуть набагато вищу напругу, ніж будинки, щоб вони могли керувати потужними заводськими машинами, але, навіть незважаючи на це, існує лише відносно грубий зв’язок між напругою, яка подається, і напругами, які ми фактично використовуємо. Невідповідність цих двох речей може бути великою проблемою та величезною витратою енергії та грошей.
Більшість електричних машин виготовляються та продаються за кордоном, і їм доводиться працювати на різних напругах в різних країнах. Електричний токарний верстат (заводський різальний верстат) може бути виготовлений у Німеччині, щоб працювати по всій Європі (величезний простір світу) на напругах від 200–250 вольт: у Німеччині він із задоволенням працюватиме на 230 вольт; у Великобританії він працюватиме так само (ні швидше, ні краще) на національному джерелі живлення, яке інколи наближається до 240 вольт, - але більш висока напруга призведе до втрати приблизно 10 відсотків більше енергії завдяки значно гарячішому (потенційно зменшуючи його корисний життя досить суттєво). Якщо ви використовуєте цю машину у Великобританії, можливо, ви хочете, щоб ваша електроенергія була 230 вольт замість 240. Цю проблему часто називають перенапругою .
Діаграма: Напруги у всьому світі: Як всі мандрівники знають, напруги в електропостачанні різняться по всьому світу, хоча загалом існує лише два загальних діапазони: приблизно 100–130 вольт для Північної Америки та Тихого океану та 220–240 вольт в інших місцях. Це, очевидно, проблема для виробників, які хочуть робити продукцію для світового ринку, але менша проблема на одному континенті, наприклад, у Європі, де напруги стандартизовані. Джерело: Електрична мережа по країнах (перевірена другим джерелом).
Перехідні процеси та гармоніки
Є також деякі інші проблеми, про які слід турбуватися. Напруга, яку отримує ваша будівля, може різко зростати і падати з години на годину (навіть з хвилини в хвилину або з секунди в секунду) через коливання попиту та пропозиції. Наприклад, якщо фабрика вмикає та вимикає великі електричні машини у вашому районі, це може призвести до перехідних процесів (коротких стрибків) потужності, які можуть вплинути на інші будівлі поблизу. Шипи (іноді їх називають стрибками напруги) і провисання (іноді їх називають падіннями) також можуть бути спричинені ударами блискавки, електрогенеруючим обладнанням, що працює або в режимі офлайн, і великою кількістю людей, які одночасно використовують електроенергію (наприклад, готують одночасно щовечора, наприклад ). На практиці джерело живлення, яке, як передбачається, становить 230 вольт, може регулярно коливатися на цілих 10 і більше відсотків, даючи вам фактичну напругу десь від 210–250 вольт.
І не тільки напруга може змінюватися. Теоретично більшість електроенергії подається як синусоїда змінного струму (змінного струму), яка піднімається, падає і плавно змінює напрямок приблизно 50-60 разів на секунду (звичайна частота живлення). На практиці джерела змінного струму також можуть включати нерегулярні, високочастотні форми сигналів, які називаються гармоніками, які потенційно можуть пошкодити делікатне обладнання (викликаючи перегрів) і дійсно потребують фільтрації.
Фото: В ідеалі змінний струм повинен плавно змінюватися в цьому синусоїдному режимі вгору-вниз. На практиці це може змінитися більш різко і нестабільно, завдаючи шкоди вашому обладнанню.
Наскільки погана проблема?
Як домочадці, ми не надто все це заперечуємо; більшість з нас навіть не підозрюють про проблему. Як і я, ви, мабуть, звикли мати безліч маленьких гаджетів (ноутбуки, мобільні телефони, електричні зубні щітки тощо), усі із вбудованими трансформаторами, які перетворюють звичайне джерело живлення (номінально