Diskuse Elektrika.cz

Mame induktivní spotřebič s účiníkem 0,8.
Je směr toku výkonu na přívodním vodiči v každém časovém okamžiku stejný?

Nie je.

Smer prenosu závisí od polarity súčinu okamžitých hodnôt napätia a prúdu. Kladné hodnoty znamenajú prenos energie jedným smerom a záporné opačným (nulový prenos pre jednoduchosť neuvažujme). Inými slovami ide o to, či má hodnota prúdu vždy rovnaké znamienko ako napätie. Pri účinníku +1,0 má vždy; pri -1,0 nikdy a vo všetkých ostatných prípadoch sa to strieda.

Směr toku výkonu na jednotlivém vodiči se v elektrorozvodn é síti 50Hz změní 100x za sekundu z principu. Pokud uvažujeme vedení jako celek, potom pro jakýkoliv spotřebič s účiníkem různým od 1 se směr toku výkonu opět mění 100x za sekundu, pro účiník rovno 1 teče výkon pouze jedním směrem trvale.

Vodiči neprotéká výkon ale proud, slovní spojení "protéká výkon" je zavádějící. Ostatně to je asi účel tohoto hezkého chytáku, na který tak hezky skočili dva přispěvatelé výše  :)

On existuje účiník -1,0? Já jsem žil v domnění, že cos fi nabývá hodnot od 0 do 1 a pouze se rozlišuje zda se jedná o induktivní nebo kapacitní. Ideální kapacita, nebo indukčnost mají fázový posuv mezi proudem a napětím 90°. Z matematického hlediska je jedno, jestli si definujeme, že budeme označovat fázový posuv kapacity +90 neboť proud předbíhá napětí, a -90 u cívky protože tam se proud opožďuje za napětím. Vždy bude vycházet cos fí v kladných hodnotách. Aby nabyl účiník hodnotu -1 musela by existovat součástka s fázovým posuvem 180°.

Směr energie je vždy stejný, a to od zdroje ke spotřebiči. Představte si zdroj, jako něco, co do elektronů strká a spotřebič jako něco, co jim klade odpor. Síla, kterou zdroj potřebuje na překonání toho odporu se nazývá výkon. Není důležité, ze které strany do toho zrovna strká. Představte ruční pumpu na staré hasičské stříkačce.

No vidíte, aký som naivný...


To mi kázalo moje matematické ja doplniť pre úplnosť. Išlo mi len o fázový posun dvoch sínusoviek vo všeobecnosti.

Záporný účinník (posun od 90 do 180°) teoreticky znamená, že výkon dodáva spotrebič do zdroja. To samozrejme žiadna pasívna súčiastka nedokáže, iba druhý zdroj.

Možno pri rekuperačnom brzdení  sa môže niečo podobné stať, že "spotrebič" cudzou silou indukuje napätie proti zdroju, ale nechcem rozosmievať odborníkov medzerami v mojich znalostiach.

Záporný účiník (s jedním n) neexistuje, protože neexistuje záporný kosínus kladného úhlu.
Při rekuperaci se ze spotřebiče stává zdroj.

Naše dva pohľady na tú istú vec sú podľa mňa ekvivalentné.
 - buď vymeníte nálepky "spotrebič" a "zdroj",  alebo
 - otočíte smer od spotrebiča k zdroju o 180° a dostanete sa do záporných kosínov

Já zase tu otázku pochopil trošku jinak a to zda může být i záporný výkon. (zle) špatné pojmenovaní, ale doufám, že zdešní odborníci odpustí :-d

Pokud budem brát, že účiník se rovná 1 tak bude okamžitý výkon vždy kladný, kromě případu průchodu napětí a proudu 0. Výkon je kladný, i když bude perioda v záporné části, protože z matematiky, když se násobí dvě záporná čísla tak výsledek je kladný. :-d
U fázového posunu se situace trošku komplikuje a z matematického hlediska opravdu může být výkon záporný. A to v době kdy napětí projde do záporné části a proud je v kladné části.
na Wikipedii jsem našel hezký obrázek:
http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:AC_power_graph _f0.8.svg (http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:AC_power_graph_f0.8.svg)

Omlouvám se za nějaké nepřesnosti, ze školy jem už 10 let pryč a elektro mám pouze jako koníček. :)

Abychom v tom tedy udělali trochu pořádek.

Vodičem teče proud, a přenáší tak energii. Proti formulaci, že vodičem teče výkon/energie bych tedy nic zásadního nenamítal.

Jak správně uvádí Martin H, okamžitý přenášený výkon je roven součinu okamžitých hodnot napětí mezi napájecími vodiči a proudu protékajícího těmito vodiči. Pokud je absolutní hodnota účiníku = 1, je tento směr stálý. Pokud je absolutní hodnota účiníku <1, tento směr se při frekvenci sítě 50 Hz stále střídá, a to s dvojnásobnou frekvencí. Rozdíl mezi množstvím energie proteklé "tam" a "zpět" za jednotku času je pak činný příkon spotřebiče.

Záporná hodnota účiníku sice z jeho základní definice neexistuje, ale používá se u čtyřkvadrantní ch elektroměrů právě pro rozlišení směru dodávky (čímž se ovšem nemyslí ono střídání odběr-dodávka u jalové složky, ale "globální" směr zprůměrovaný přes celou periodu 50 Hz).

Uff. Mrkněte na princip 4Q elektroměru. Je tam spousta záporných hodnot, ani jedna se netýká účiníku.

U některých 4Q elměrů jsem se s tím setkal. Je v principu jedno, jestli se to znaménko mínus napíše k výkonu nebo k účiníku - je to jenom otázka konvence.

Edit: zkusil jsem letmo nějaký takový elměr, který operuje se zápornou hodnotou účiníku, pohledat. Našel jsem např. EME303.

Z tohoto úhlu pohledu lze souhlasit.

Možná bych si to dokázal představit jinak.
Čistě prakticky.

AC zdroj. Zatížím kondenzátorem.
Jak stoupá okamžité napětí, kondenzátor se nabíjí, v okamžiku, kdy je okamžité napětí na maximální hodnotě, je proud nulový, jakmile začne okamžité napětí klesat, začíná proud téci obráceně, tedy z kondenzátoru "se tlačí" zpátky do zdroje, ale protože proud "předbíhá napětí" a polarita proudu se změní dříve, než polarita napětí, dal by se stav popsat i tak, že po jistou dobu "jde výkon zpátky do zdroje".

Ale je to výkon "jalový",  pouze se "přelévá" tam a zpátky, ale neodevzdá žádný výkon, jen "zbytečně" zatěžuje vedení.

Otázka je položena nejednoznačně. Záleží taky na charakteru zátěže: Síť AC.
činná zátěž  - proud i výkon teče směrem ke spotřebiči
induktivní zátěž - činný i jalový výkon teče ke spotřebiči
kapacitní zátěž - činný výkon teče ke spotřebiči, jalový výkon se vrací do sítě

Dovolím si nesouhlasit.
Obvodem protéká proud a na spotřebiči se díky jeho indukčnímu odporu atd. uvolňuje část výkonu dodávaného zdrojem (tak zvaný činný výkon). Ostatní proud zůstává nevyužitý (tak zvaný jalový výkon) a protéká obvodem bez využití, bez přeměny v jakýkoli "výkon". Přísně fyzikálně vzato proto nelze tvrdit, že "výkon mění směr",  směr mění pouze proud, protože je střídavý. Střídavý výkon neexistuje.

Tvrzení že "směr výkonu souvisí s frekvencí sítě 50Hz" i v souvislosti s účiníkem (fázový posun napětí a proudu) považuji za tak nepřesné a zavádějící, že si ho troufám označit až za nesmyslné. Podívejme se znovu pozorně jak zněla otázka:

Je směr toku výkonu na přívodním vodiči v každém časovém okamžiku stejný?

Pro lepší pochopení přikládám schéma jednoduchého obvodu. Možná tazatel myslel otázku jinak a pak se ale špatně vyjádřil. Mě to přijde jako úmyslně matoucí otázka, kterou pokládá žákům nějaký zlomyslný kantor kdesi na škole  ;) Má odpověď by byla, že zadání je nesmyslné.

A pokud je této jaloviny příliš, distributor se začne zlobit. Přestávají pak fungovat některá zařízení. Platí pro velkoodběratel e.

Obávám se, že přehlížíte rozdíl mezi výkonem okamžitým, a výkonem průměrným za periodu síťového kmitočtu.
To jsou dvě diametrálně odlišné věci, přestože obě dvě jsou nazvány výkon.

Přísně fyzikálně vzato je výkonem bez přívlastků onen okamžitý výkon. V elektrotechnic ké praxi se ovšem vžilo používání termínu výkon pro průměrnou hodnotu (okamžitého) výkonu za periodu síťového kmitočtu.

Přísně fyzikálně proto lze tvrdit, že při sinusovém napájecím napětí a zátěži s jalovou složkou (okamžitý) výkon periodicky mění znaménko, což je jenom matematická reprezentace faktu, že mění směr toku.

Pro znázornění jsem přidal graf pro průběhy s induktivní zátěží, cos fí = 0,5

Nepřehlížím. Pakliže budeme říkat že výkon "má směr".  ::)
- činná složka teče od zdroje ke spotřebiči kde se 100% promění v jinou energi, udělá "práci v jednotce času" = výkon.

- jalový výkon podle vás obrátil směr ... odkud kam? Kde se promění v nějaký výkon? Aby se dalo tvrdit že jalový výkon teče obráceně, musel by se uvolňovat 100% ve zdroji. Uvolňuje se 100% ve zdroji?

Jalový výkon protéká celým obvodem a jen ohřívá všechny vodiče, včetně těch ve spotřebiči. Tvrzení že "výkon obrátil směr" se mi stále zdá hodně nepřesné zjednodušení, vzato přísně fyzikálně.


Pakliže chceme tvrdit že "výkon změnil směr" nemá to nic společného s vlastním elektrickým obvodem ale je to záležitost čistě magnetického obvodu motoru:
- prochází proud, vytváří silové magnetické pole (náběh sinsovky)
- procházející proud klesá se sinusovkou a hroutící se magnetické pole vrací výkon zpět do obvodu.
TO je změna směru toku výkonu. V elektrickém obvodu ale o změně směru nelze dost dobře hovořit. Jalový výkon protéká celým obvodem.

Aby se elektrotechnic i chránili proti těmto úvahám, někdo vynalezl pojem efektivní hodnota. Je to ekvivalent DC proudu, který vykoná stejnou práci jako střídavý.

Ne, výkon nemá směr. Tok výkonu má směr. Když chceme zabrousit do fyziky, tak tam je každé slovíčko důležité a má svůj jednoznačně definovaný význam.

Také jsem nepsal, že "jalový výkon podle mne obrátil směr". Činný výkon, jalový výkon, to jsou zase jen pojmenování pro matematicky definované "ideální" složky zprůměrované přes celou periodu síťové frekvence.
Tím "ideální" myslím něco podobného, jako když jsou dva spoluvlastníci nemovitosti. Každý vlastní ideální polovinu, ale z každého hřebíku, z každé cihly. Může se s tím počítat, může se to prodávat, ale nikdy není možno říci "tenhle kus je jen můj".

Zrovna tak elektrony na vstupu do vedení neudělají rozřazování - ty poneseš činný výkon, a ty zase jalový.
Takže jak vidíte na tom grafu, co jsem přiložil minule, v okamžiku průchodu (okamžitého) výkonu nulou, tzn. v okamžiku průchodu okamžité hodnoty napětí nebo proudu nulou, mění svůj směr tok (okamžitého, celkového) výkonu.
Zjednodušeně řečeno, v jedné části periody si spotřebič odebere nějaké množství energie, z ní část spotřebuje (přemění na jinou) a nespotřebovano u část této energie vrátí následně zpět do zdroje.

Tato nespotřebovaná část energie není nějaká virtuální, ale je naprosto skutečná a přenáší se periodicky tam a zase zpátky. Když v okamžiku průchodu síťového napětí nulou připojíte na síť vybitý kondenzátor, a odpojíte ho v nejbližším okamžiku průchodu proudu nulou, zůstane vám v kondenzátoru energie (=C x U_ef² ),  kterou si můžete odnést a použít jinde. Anebo ten kondenzátor můžete ihned zase připojit zpátky na síť, a on tu energii vylije zpět do sítě. A to se opakuje dvakrát za každou periodu síťového napětí.
S indukčností můžete provést podobný experiment, komplikovaný jenom tím, že pro uchování energie v odnášené indukčnosti ji musíte vyzkratovat  ;)

Bohužel toto platí pouze s dovětkem "na téže čistě ohmické zátěži".

Já vám rozumím a jistě máte pravdu, jenže neodpovídáte na upřesnění otázky.

Příklad:
Dejme fyzikovi jeden vodič z obvodu co jsem namaloval. Dejme mu všechny přístroje světa které bude chtít. Dokáže určit směr toku výkonu?  o:-)

Nevím - přijde mi to tak, že u výkonu nemá smysl mluvit o směru.
Výkon je práce vykonaná za jednotku času, je to skalární veličina, jednoznačně určená svou velikostí.

Už jsme si tedy vysvětlili, že po kabelu (dvojici vodičů) teče výkon trvale jedním směrem, pokud je zátěž čistě činná (ohmická),  nebo střídavě tam a zpět, pokud má zátěž indukční nebo kapacitní složku.
Nyní se tedy máme ponořit hlouběji, na úroveň jednoho vodiče.

Omlouvám se všem, koho akademické debaty nebaví - ať to radši přeskočí.

I na úrovni jednoho vodiče je možno zabývat se tokem výkonu a jeho směrem. Není to nesmysl. Abychom tak mohli učinit, musíme se ale dohodnout, co je nulová energie, tzn. kde je nulový potenciál.

Pomineme-li vlastní indukčnost onoho vodiče, transport energie zde vypadá tak, že jedním vodičem tečou elektrony tam a nesou si každý svou potenciální energii E₁,  a druhým vodičem se vracejí zpátky a nesou si nějakou jinou potenciální energii E₂. Pokud elektrony při průchodu spotřebičem nějakou energii odevzdaly, je E₁>E₂ a naopak.
Proudí-li někam elektrony mající nějakou potenciální energii, má svůj fyzikální smysl hovořit o toku energie, a za jednotku času tedy o toku výkonu.
Máme-li se tedy dohodnout, co je zde kladný nebo záporný tok výkonu, musíme se nejdřív dohodnout, co je nulový tok výkonu - tedy kde je nulový potenciál.

Varianta 1: vodič A je na nulovém potenciálu (pro praktiky - je to PEN, a vodič B je fáze). Pak energie potažmo výkon proudí výhradně vodičem B, a vodič A slouží jen k převážení vyložených vagónků - pardon elektronů s nulovým potenciálem.
O směru toku výkonu vodičem B platí totéž, co jsme si ujasnili ohledně toku výkonu kabelem. O směru toku výkonu vodičem A nemá cenu spekulovat, protože vodičem žádný výkon neteče.

Varianta 2: vodiče A a B si vymění úlohy - nic se v zásadě nezměnilo, jenom si v předchozím odstavci vyměňte A<->B.

Varianta 3: vodič A je horní vývod sekundáru transformátoru, vodič B je dolní vývod sekundáru transformátoru . Střed sekundáru je na nulovém potenciálu.
Snadno nahlédnete, že je to vlastně kombinace variant 1 a 2, a že tedy vodičem A i vodičem B teče polovina celkového výkonu. O směru toku tohoto výkonu opět platí totéž, co pro směr toku výkonu kabelem.

Varianta 4: podobná variantě 3 s tím rozdílem, že A=fáze L₁,  B=L₂ a na nulovém potenciálu je PEN.
Rozdíl proti variantě 3 je pouze ten, že mezi výkonovými přenosy po vodičích A a B je časový posun 20/3 ms. I tak však zde ohledně směru toku výkonu platí totéž, co ve variantách celý_kabel - 1 - 2 - 3.

(Neřeším zde situaci, kdy by spotřebič byl např. napájen ze sekundáru trafa, a tento sekundár by byl např. na potenciálu +1 kV proti zemi - nemyslím, že by tazatel měl na mysli až takovou opičárnu).

Dovolil bych si zde jednu drobnou analogii. Připomíná mi to přenos výkonu mezi motorem (~zdroj) a čerpadlem (~spotřebič) pomocí klínového řemene (~vodiče),  který je nějak napnut (~nulový potenciál). Pokud je klínový řemen volný (spíše by se zde hodil příměr k řetězu u jízdního kola, tam nehrozí prokluz),  přenáší výkon jenom jedna strana řemene (ta co je napínána tahem motoru). Pokud je řemen dostatečně napnutý, přenášejí výkon obě strany - jak ta napínaná, tak ta povolovaná.

Můžete ovšem namítnout, že praktický smysl má pouze debata o rozdílu mezi výkonem přiváděným vodičem jedním a výkonem odváděným vodičem druhým, tzn. o výkonu, který se ve spotřebiči odebral. Tedy o výkonu přenášeném přívodním kabelem. A máte svatou pravdu.

Konec akademické vsuvky.  :D

Ovšem vždy teče odněkud někam - a hustota výkonového toku už je vektor. Ne vždy je to tak prosté, jako u vedení výkonu kabelem. Např. světelný výkon žárovky teče od rozžhaveného vlákna na všechny strany, a v každém místě prostoru má tento tok svůj směr. Kdyby ho neměl, neexistoval by stín.

jj, původní otázka byla položena zavádějícím způsobem, já jsem to bral doslovně vy jste to bral logicky jak možná měla být otázka položena správně.  :) Třeba se objeví petr16289 a vyjasní na co a proč se vlastně ptal.

Tohle mi přijde divné. Měl jsem vždy za to, že elektrony před spotřebičem i za spotřebičem jsou naprosto stejné.  (eek) Že elektromagneti cké pole vytvoří jen svým průchodem cívkou k čemuž je nutí napětí.  :-\

Nejmenuje on se ten "tok výkonu jedním vodičem" elektrický proud [A]?

Jj, je to tak. Ale myslím, že už se neobjeví - pokud se něco chtěl dozvědět, tak se to už nejspíš dozvěděl, a pokud to byl jen žertík, tak se královsky baví, jaká debata z toho povstala.  :D

Záleží na tom, co rozumíte pod pojmem stejné. Pokud do jejich porovnání zahrnete i jejich potenciální energii (tj. na jakém potenciálu se nacházejí),  pak stejné jsou jen v okamžiku průchodu síťového napětí nulou.

Jednoduchý myšlený případ s jedním zdrojem, jedním spotřebičem a zcela bezztrátovými přívody k takovému zjednodušení vskutku svádí. V reálném životě ale např. vodiče mají nějaké ztráty, takže přestože celým vodičem teče po celé délce stejný proud, na jeho začátku do něj vstupuje o něco vyšší výkon, než z něj na konci vystupuje. Rozdíl se pak jmenuje ztráty na vedení.

Se přiznám, že tato debata mě nabourala Kirhofa i s Ohmem dohromady :)
Nicméně je dle těchto teorií vysvětlitelné většinové opálení fázového kolíku, svorky, zdířky oproti svorkám N?
Skutečně jsem viděl v naprosté většině případů v jednofáz. obvodech problém na fázi.

A nesetkal jste s tím výlučně v soustavách TN-C?

Souhlasím, v případě hustoty výkonového toku jde o vektor - neboť plocha už je vektor.
Na podstatě výkonu to však nic nemění.

Právě, že ne, a pokud ano, jakou vidíte příčinu?
Ponejvíce jsem to vídávám u spotřebičů vyšších výkonů, připojovaných zástrčkou, kde "fázový" kolík zástrčky flexošnůry bývá v mnoha případech napálen.

Na produkty pánů Ohma ani Kirchhoffa nemá předcházející debata vliv, zůstávají v platnosti v nezměněném rozsahu  :D

Já pro takovouto tendenci mám toto možné vysvětlení:
V instalaci TNC bývá krátká propojka mezi PE kolíkem a N zdířkou. Tato propojka je schopna odvést trochu tepla z N zdířky na PE kolík, který zafunguje jako malý chladič. Proto je N zdířka o něco málo méně tepelně namáhána (při stejném přechodovém odporu).
Pak mě ještě napadá další možnost - u některých běžných zásuvek je pozice zdířek trochu viklavá,  zvláště pokud není fest utažený šroubek co ji drží v tělese zásuvky. Pak může krátká propojka mezi N a PE zafungovat jako jakési vyztužení,  zmenšující pohyby N zdířky při zastrkování vidlice, zvláště když je ta propojka udělána tak, že těsně obepíná těleso z izolantu.

Pro takovouto tendenci u soustavy TN-S ovšem žádné vysvětlení nemám.

Ja by som povedal, že zadanie má zmysel, avšak nie je formulované celkom jednoznačne, a preto sa dá o tomto polemizovať. Preto asi aj tieto akademické debaty.
Samozrejme, že aj keď samotný výkon je skalár, pojem smer toku výkonu je celkom bežný pojem, ktorý má svoj význam a často sa používa najmä v distribučných sústavách. Smer toku výkonu vyjadruje napr. to, či sa vedením z bodu A do bodu B prenáša výkon z A do B alebo opačne.
Ak chcel autor témy vedieť, či sa v čase mení smer toku okamžitých hodnôt činného výkonu, tak mal túto otázku takto upresniť. Smer toku okamžitých hodnôt  činného výkonu pri inej ako čisto odporovej záťaži sa samozrejme, tak ako tu už bolo uvedené, v čase mení.

S tou propojkou je to pro TN-C super vysvětlení, už jsem to probíral s mnoha elektrikáří, až Vy....díky
Ještě pokud budete ochoten prozradit, co tvoříte na své fotografii, už na to koukám "postý",  že by nějaká zídka??

Proto jsem se na to TN-C ptal, ale podobně jako kolega Fuk jsem zaskočen tím, že se s tím setkáváte i v TN-S.
Leda by člověk podvědomě více utahoval nulový vodič než fázový.
A když už jsem nakousl to utahování, používá někdo momentový šroubovák?

Ještě mě přeci jen napadla jedna teorie, která by mohla poskytnout i vysvětlení pro o chlup rychlejší degradaci L zdířky v porovnání s N zdířkou. Uvádím to takhle úmyslně, protože to rozhodně nemám ověřené nějakým solidním měřením nebo literaturou.

V těsné blízkosti zdířky N je nějaká intenzita elektrického pole, způsobeného blízkostí fázového vodiče a zdířky. Toto elektrické pole bude částečně odstíněno šínou PE vloženou mezi L a N zdířky, takže nebude moc silné.
Oproti tomu v těsné blízkosti zdířky L bude elektrické pole silnější - nejblíž se nachází šína PE na zemním potenciálu, a jednak obklopující ji ze všech stran - i do okolního zdiva.
Toto mohutnější elektrické pole kolem L komponent, v porovnání se slabším el. polem kolem N komponent, by snad možná mohlo o něco urychlit proces oxidace kontaktních ploch, stejně jako tak činí zvýšená teplota.
To je jediné, co mne napadlo...

Přikládám další kámen na hromadu, kterou přede mnou vytvořili dřívější kolemjdoucí. Vybral jsem tuto fotku, protože tak trochu symbolizuje moji činnost zde.

Nepoužívám a nezmám nikoho, ale zkoušel jsem to s nastavením momentu dle výrobců komponent (většinou 3-4 Nm) a popravdě řečeno, dle citu se mě to zdá oproti "ruce" takto utažený málo.
Než mě začnete kamenovat, ano jsem si vědom, že hodnoty vycházejí z nějakých zkoušek výrobce.