انرژی واقعی و انرژی ظاهری:

 
اگر الکتریسیته داشته باشیم با آن چه میکنیم؟
میتوان با الکتریسیته کار انجام داد که در فیزیک از آن بعنوان انتقال انرژی از یک جسم به جسم دیگر در اثر اعمال نیرو یاد شده است. در واقع هر وقت که شما مداری داشته باشید که در آن الکتریسیته جریان دارد و عملی را با آن انجام میدهید به لحاظ فیزیکی "کار" انجام داده اید. واحد کار و انرژی در سیستم متریک "ژول" میباشد.
حال بالاخره به نقطه ای که در بحث الکتریسیته میخواستیم، رسیدیم. "تعریف انرژی"
به عبارت ساده انرژی عبارت است از سرعت انجام کار. هر چه انرژی شما در یک سیستم بیشتر باشد کار بیشتری در زمان یکسان انجام خواهد شد. در زبان الکتریسیته، افزایش انرژی موجب توانایی کار الکتریکی بیشتر خواهد شد(برای مثال وجود وسایل برقی بیشتری در مدار، چرخش سریعتر یک موتور یا راه اندازی یک پردازشگر سریعتر و...) در زمان یکسان. انرژی با وات اندازه گیری میشود و از آنجا که انرژی، سرعت انجام کار است، یک وات مساوی با انجام یک ژول کار در زمان یک ثانیه خواهد بود.
Power (W) = Work (J) / Time (seconds)
متناظراً مقدار انرژی مصرف شده توسط یک وسیله عبارت از میزان وات مصرفی در زمان مصرف آن برحسب ثانیه است.
Work (J) = Power (W) * Time (seconds)
محاسبه انرژی الکتریکی بسته به نوع الکتریسیته میتواند بسیار ساده یا بسیار پیچیده باشد، بگذارید با جریان مستقیم شروع کنیم. در اینجا انرژی مصرفی برحسب وات صرفاً برای تولید ولتاژ(برحسب ولت) و جریان مدار(برحسب آمپر) میباشد.
P (W) = V (V) * I (A)
یک فرمول بسیار ساده و قابل درک. وقتی که الکترونها با نیروی بیشتری رانده میشوند (ولتاژ بیشتر) و همینطور وقتی تعداد بیشتری الکترون در واحد زمان وجود داشته باشد (جریان بیشتر) کار بیشتری انجام خواهد شد. از آنجا که  P = V*Iو I = V/R بنابراین، فرمول فوق را بطریق P = V² / R نیز میتوان بیان کرد. برای مثال اگر یک مدار ساده 5 ولتی و یک مقاومت 20 اهمی داشته باشیم، جریان عبوری از مدار 250 میلی آمپر خواهد بود و انرژی کلی 5*0.250=1.25 W میباشد.
حال اگر ولتاژ را دو برابر کنیم (10 ولت) انرژی مصرفی دو برابر نخواهد شد بلکه چهار برابر میشود زیرا دو برابر شدن ولتاژ در حالیکه مقاومت ثابت مانده است جریان را دو برابر خواهد کرد. انرژی کلی در این حالت 5 وات میباشد.
جای تعجب نیست که در حالت جریان متناوب، پاسخ بسیار پیچیده تر است. برای فهم مطلب، لازم است که مفهوم فاز را تعریف کنیم که من سعی میکنم بدون اینکه مطلب پیچده شود آن را بیان کنم (کار ساده ای نیست). یک سیگنال جریان متناوب (که در قسمت جریان مستقیم و متناوب توضیح داده شده است، موج ولتاژی است که بین یک مقدار مثبت و منفی در نوسان است و موج جریان نیز با آن حرکت میکند. اگر چه بعضی اوقات جریان و ولتاژ همزمان به نقطه اوج نمیرسند. اختلاف زمانی بین جریان و ولتاژ در یک سیکل را "فاز" آن میگویند که برحسب درجه بیان میشود زیرا سیکل یک موج سینوسی مشابه یک دایره است. 360 درجه یک سیکل کامل است، 180 درجه نصف سیکل و...
حال چه عاملی اختلاف فاز بین جریان و ولتاژ را تعیین میکند؟ قبل از هر چیز نوع بارهایی که در مسیر واقع شده اند.
بارهای ساده مانند لامپهای حبابی، گرمکن های المنت دار و نظایر آن، بارهای مقاومتی نامیده میشوند. این بارها باعث میشوند که فاز بین جریان و ولتاژ نزدیک صفر باشد. وقتی که زاویه فاز صفر باشد ولتاژ و جریانی که به بار اعمال میشود مساوی با ولتاژ و جریانی است که توسط بار مورد استفاده قرار میگیرد.
 
 
جریان و مقاومت
نمایش جریان و مقاومت برای یک بار کاملاً مقاومتی (الکتریسیته 220 ولت متناوب). زاویه فاز بین ولتاژ و جریان تقریباً صفر درجه است. دقت کنید که ولتاژ و جریان با هم به نقطه اوج میرسند.
 
 
 
 
بارهای دیگر بخصوص مواردی مانند موتورهای الکتریکی، بارهای واکنشی (Reactive) خوانده میشوند. این بارها مانند خازنها و القا کننده ها باعث مقاومت در جاری شدن الکتریسیته متناوب میشوند و میتوانند اختلاف فازی تا 90 درجه بین جریان و ولتاژ ایجاد کنند.
 
جریان و ولتاژ
نمایشی از ولتاژ و جریان یک موج 220 ولت متناوب که یک بار خالص واکنشی را پوشش میدهد (تئوری). جریان نسبت به ولتاژ حدود 90 درجه تاخیر دارد (همچنین ممکن است ولتاژ نسبت به جریان 90 درجه تاخیر داشته باشد) توجه کنید که هرگاه ولتاژ یا جریان به نقطه اوج برسد دیگری در نقطه صفر قرار دارد.
 
 
 
 
اگر زاویه فاز بین جریان و ولتاژ 90 درجه باشد، هرگاه ولتاژ در نقطه ماکزیمم باشد (چه مثبت و چه منفی) جریان در نقطه صفر قرار دارد و برعکس. این، بدترین حالت ممکن است که معمولاً در دنیای واقعی اتفاق نمی افتد زیرا بارهای واقعی هرگز کاملاً واکنشی (Reactive) نمیباشند. یک وضعیت متداول این است که این زاویه حدود 45 درجه باشد.
 
موج 220 ولت متناوب
نمایش یک موج 220 ولت متناوب که یک بار(قسمتی مقاومتی و قسمتی واکنشی) را پوشش میدهد. جریان نسبت به ولتاژ 45 درجه تاخیر فاز دارد که این امر، بار را به یک بار القایی تبدیل کرده است. اگر بار از نوع خازنی بود، جریان نسبت به ولتاژ تقدیم فاز داشت (برعکس حالت قبل). برای اطلاعات بیشتر در مورد بارهای القایی و خازنی، اینجا را ببینید.
 
 
 
 
بسیار خوب، ممکن است شما بگویید که این اطلاعات به چه درد میخورد؟ این، یک دلیل مهم است:
بار منابع تغذیه کامپیوتر، قسمتی واکنشی است و معمولاً یک اختلاف فاز 45 درجه ای بین ولتاژ و جریان وجود دارد و معنای آن این است که ولتاژ و جریانی که به بار اعمال میشود مساوی با ولتاژ و جریانی که توسط بار مورد استفاده قرار میگیرد نیست و بنابراین شما نمیتوانیذ انرژی مورد استفاده منبع تغذیه را با ضرب کردن جریان در ولتاژ بدست آورید. جالبی قضیه اینجاست: با ضرب کردن ولتاژ و جریانی که به دستگاه اعمال میشود میتوان عبارتی را استخراج نمود که به آن انرژی ظاهری میگویند که برحسب ولت- آمپر اندازه گیری میشود.
Apparent Power (VA) = V (V) * I (A)
انرژی ظاهری معرف ولتاژ و جریانی است که به دستگاه فرستاده میشود و مورد استفاده اش اندازه گیری جریان و ولتاژ شرکتی که انرژی الکتریکی را ارسال میدارد، تعیین گرمای تولید شده توسط تجهیزات مورد استفاده و همچنین تعیین اندازه سیمها و دیگر تجهیزات میباشد. اندازه واقعی انرژی که توسط بار مصرف میشود "انرژی واقعی" و یا فقط انرژی نامیده میشود و برحسب وات اندازه گیری میشود (اگر چه وات نیز حاصل ضرب ولت در آمپر است، انرژی ظاهری برحسب ولت- آمپر بیان میشود تا تفاوت آن با انرژی واقعی مشخص شود)
رابطه بین انرژی و انرژی ظاهری با فرمول زیر بیان میشود:
P (W) = cosine (phase) * Apparent Power (VA)
که در آن "کسینوس" تابع مثلثاتی میباشد. کسینوس فاز "ضریب قدرت" بار نیز نامیده میشود. بگذارید مثالی بزنیم:
فرض کنید میخواهیم منبع تغذیه ای را با ولتاژ 220 ولت و جریان1.2  آمپر راه اندازی کنیم. انرژی ظاهری عبارت از 264=220*1.2 ولت- آمپر خواهد بود. اگر فرض کنیم که ولتاژ و جریان منبع تغذیه 50 درجه اختلاف فاز دارند بنابراین ضریب قدرت
cosine(50º)=0.643 خواهد بود (برخی اوقات به درصد بیان میشود 64.3%) بنابراین مقدار انرژی واقعی بار، 170 W خواهد بود.
جایی که تمام این پارامترها ایفای نقش میکنند تعیین ظرفیت، اندازه قدرت و منابع تامین برق بدون وقفه میباشد. UPSها معمولاً با انرژی ظاهریشان مشخص میشوند (ولت- آمپر) در حالیکه منابع تغذیه کامپیوتر با انرژی واقعی (وات) مشخص میگردند. بسیاری از مردم این دو عبارت را به جای یکدیگر استفاده میکنند در حالیکه مطمئناً دو مفهوم متفاوت میباشند. حال که شما تفاوت این دو مفهوم را شناختید و مفهوم ضریب قدرت را آموختید، چندین سال نوری از 95% مردم در مورد خرید یک UPS مناسب و یا وسایلی نظیر آن، جلو هستید.
 

معکوس سازی و برگرداندن ولتاژلینک

بالای صفحه نسخه چاپی   کلیه حقوق متعلق به مرکز تحقیقات الکترونیک فطروسی می باشد خانه | تماس با ما | نقشه سایت
  این سایت توسط شرکت آسمان پیدایش تهیه شده است.