چگونه می توان مصرف برق را در یک مدار LCR محاسبه کرد؟

سلام! به عنوان یک تأمین کننده LCR ، اغلب در مورد چگونگی محاسبه مصرف برق در یک مدار LCR سؤال می شود. این یک موضوع مهم است ، به خصوص برای کسانی که با الکترونیک کار می کنند ، بنابراین فکر می کردم بینش هایی را به اشتراک می گذارم و آن را برای شما تجزیه می کنم.

اول از همه ، بیایید به سرعت بفهمیم مدار LCR چیست. یک مدار LCR ، همچنین به عنوان یک مدار RLC شناخته می شود ، از سلف (L) ، خازن (C) و مقاومت (R) تشکیل شده است. این مؤلفه ها به صورت سری یا موازی به هم متصل می شوند و در صورت استفاده از جریان متناوب (AC) به روش های جالبی تعامل دارند.

مصرف برق در یک مدار LCR به اندازه یک مدار ساده DC ساده نیست. در یک مدار DC ، Power (P) فقط محصول ولتاژ (V) و جریان (I) ، یعنی P = VI است. اما در یک مدار AC LCR ، به دلیل اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان ، چیزها کمی پیچیده تر می شوند.

درک امپدانس

کلید محاسبه قدرت در یک مدار LCR ، درک امپدانس (Z) است. امپدانس مانند معادل AC مقاومت در مدار DC است. مقاومت در برابر مقاومت ، واکنش القایی سلف و واکنش خازنی خازن را در نظر می گیرد.

واکنش القایی (XL) توسط فرمول XL = 2πfl داده می شود ، جایی که f فرکانس سیگنال AC و L القاء است. واکنش خازنی (XC) به صورت XC = 1 / (2πfc) محاسبه می شود ، جایی که C خازن است.

امپدانس (Z) یک مدار LCR سری با استفاده از فرمول Z = √ (r² + (xl - xc) ²) یافت می شود. برای یک مدار موازی LCR ، محاسبه کمی پیچیده تر است ، اما در حال حاضر ما روی مدار سری تمرکز خواهیم کرد.

محاسبه جریان

هنگامی که ما امپدانس را می دانیم ، می توانیم جریان (i) را که از طریق مدار با استفاده از قانون اهم برای مدارهای AC ، یعنی I = V / Z ، محاسبه می کنیم ، محاسبه کنیم ، جایی که V ولتاژ RMS (میانگین مربع) منبع AC است.

قدرت واقعی ، قدرت واکنشی و قدرت ظاهری

در یک مدار LCR ، سه نوع قدرت وجود دارد: قدرت واقعی (P) ، قدرت واکنشی (Q) و قدرت (های) ظاهری.

• قدرت واقعی (P): این قدرت واقعی است که توسط مقاومت مصرف می شود. این در واتس (W) اندازه گیری می شود و وظیفه انجام کارهای مفید مانند گرمایش یا روشنایی را بر عهده دارد. فرمول قدرت واقعی p = vi cos (φ) است ، جایی که φ زاویه فاز بین ولتاژ و جریان است. اصطلاح COS (φ) عامل قدرت نامیده می شود.
• قدرت واکنشی (Q): این قدرتی است که بین سلف و خازن نوسان می کند. این کار مفیدی انجام نمی دهد اما برای عملکرد مدار لازم است. قدرت واکنشی در ولت - آمپر واکنشی (VAR) اندازه گیری می شود. فرمول قدرت واکنشی q = vi sin (φ) است.
• قدرت (های) ظاهری: این محصول ولتاژ RMS و جریان RMS است ، یعنی ، S = vi. در ولت - آمپر (VA) اندازه گیری می شود.

عامل قدرت

فاکتور قدرت (PF) یک مفهوم بسیار مهم در مدارهای LCR است. این به ما می گوید که مدار چقدر از انرژی الکتریکی استفاده می کند. یک عامل قدرت 1 به این معنی است که تمام قدرت برای کار مفید مورد استفاده قرار می گیرد ، در حالی که یک عامل قدرت کمتر از 1 به معنای این است که مقداری قدرت به عنوان قدرت واکنشی هدر می رود.

برای بهبود ضریب توان در یک مدار LCR ، می توان فاکتور قدرت را به عنوان pf = cos (φ) = P / S. محاسبه کرد ، می توانیم یک خازن یا یک سلف را برای لغو قدرت واکنشی اضافه کنیم.

با استفاده از متر LCR

حال اگر در واقع با مدارهای LCR کار می کنید ، باید مقادیر مقاومت ، القاء و ظرفیت را به طور دقیق اندازه گیری کنید. اینجاست که متر LCR مفید است.

ما چند متر LCR عالی ارائه می دهیم ، مانندPM6306 FLUKE LCR متربشر این متر بسیار قابل اعتماد است و می تواند طیف گسترده ای از مقادیر را با دقت بالا اندازه گیری کند. گزینه دیگر این استE4980al Agilent Precision Lcr 20 هرتز تا 300 کیلوهرتز / 500 کیلوهرتز / 1 مگاهرتز، که عملکرد بسیار خوبی را برای برنامه های فرکانس پایین و زیاد ارائه می دهد. و برای کسانی که با فرکانس های بالاتر کار می کنند ،4287a agilent lcr متر ، 1 مگاهرتز - 3 گیگاهرتزیک انتخاب عالی است

مرحله - به - مثال محاسبه مرحله

بیایید یک مثال ساده از محاسبه مصرف برق در یک سری LCR سری را طی کنیم.

فرض کنید ما یک مدار سری LCR با R = 100 Ω ، L = 0.1 ساعت ، C = 100 میکروگرم و منبع AC دارای ولتاژ RMS از V = 120 ولت و فرکانس f = 50 هرتز هستیم.

1. اول ، واکنش القایی را محاسبه کنید:
   xl = 2pfl = 2p × 50 × 0.1 ≈ 31.4 Ω
2. سپس ، واکنش خازنی را محاسبه کنید:
   xc = 1 / (2pfc) = 1 / (2p × 50 × 100 × 10 ⁻⁶) ≈ 31.83 Ω
3. بعد ، امپدانس را محاسبه کنید:
   z = √ (r²+(xl - xc) ²) = √ (100²+(31.4 - 31.83) ²) ≈100 Ω
4. جریان را محاسبه کنید:
   i = v / z = 120 /100 = 1.2 a
5. زاویه فاز را محاسبه کنید:
   φ = arctan ((xl - xc) / r) = arctan ((31.4 - 31.83) / 100) ≈ - 0.247 °
6. فاکتور قدرت را محاسبه کنید:
   pf = cos (φ) ≈.9999
7. قدرت واقعی را محاسبه کنید:
   p = vi cos (φ) = 120 × 1.2 × 0.9999 ½ 144 W

پایان

محاسبه مصرف برق در یک مدار LCR ممکن است در ابتدا کمی دلهره آور به نظر برسد ، اما هنگامی که مفاهیم امپدانس ، فاکتور قدرت و انواع مختلف قدرت را درک کردید ، بسیار قابل کنترل تر می شود.

اگر در بازار LCR با کیفیت بالا هستید یا در مورد مدارهای LCR و مصرف برق سؤالی دارید ، از دستیابی به آن دریغ نکنید. ما در اینجا هستیم تا در تمام نیازهای مرتبط با LCR به شما کمک کنیم و می توانیم بهترین راه حل ها را برای پروژه های خود در اختیار شما قرار دهیم. این که آیا شما یک سرگرمی ، مهندس یا یک حرفه ای در صنعت الکترونیک هستید ، ما محصولات و تخصص خود را برای حمایت از شما بدست آورده ایم.

منابع

• Boylestad ، RL ، & Nashelsky ، L. (2018). دستگاه های الکترونیکی و نظریه مدار. پیرسون
• Nilsson ، JW ، & Riedel ، SA (2019). مدارهای برقی. پیرسون