Iník fí – jednoduché vysvětlení ve 3 slovech. Tabulky účiníků pro různé spotřebiče.

Mnozí z vás pravděpodobně viděli nápisy jako cos phi – cos ϕ na elektrickém nářadí, motorech, ale i na zářivkách, denních svítidlech, výbojkách DNAT a dalších.

Lidé, kteří mají daleko od elektrotechniky a zapomněli na hodiny fyziky ve škole, však zcela nechápou, co tento parametr znamená a proč je vůbec potřeba.

Zvažme a vysvětlejme tento kosinus co nejjednoduššími slovy, s vyloučením jakýchkoli nesrozumitelných vědeckých definic, jako je elektromagnetická indukce. Samozřejmě se o tom nedá říct dvěma slovy, ale můžete to zkusit třemi.

Když proud zaostává za napětím

Předpokládejme, že před vámi jsou 2 vodiče. Jeden z těchto vodičů má potenciál. Nezáleží na tom, který – záporný (mínus) nebo kladný (plus).

Druhý vodič nemá vůbec žádný potenciál. Mezi těmito dvěma vodiči bude tedy potenciálový rozdíl, protože jeden ho má a druhý ne.

Tento rozdíl potenciálů se běžně nazývá napětí.

Pokud spojíte konce dvou vodičů ne přímo k sobě, ale přes žárovku, začne proud protékat jejím wolframovým vláknem. Z jednoho vodiče do druhého.

Na první pohled se může zdát, že se žárovka okamžitě rozsvítí. Není tomu však tak. Proud procházející vláknem se po určitou dobu zvýší z nulové hodnoty na nominální hodnotu.

V určitém bodě ji dosáhne a na této úrovni setrvává neustále. Totéž se stane, pokud zapojíte ne jednu, ale dvě, tři žárovky atd.

Co se stane, když se cívka složená z mnoha závitů drátu zapojí sériově s lampou?

Změní se nějakým způsobem současný proces výstavby? Samozřejmě ano.

Tato indukční cívka výrazně zpomalí dobu, za kterou se proud zvýší z nuly na maximum. Ve skutečnosti se ukáže, že maximální napětí (rozdíl potenciálů) na lampě již existuje, ale proud s ním nebude držet krok.

Jeho růst je příliš pomalý. Proč se to děje a kdo je za to na vině? Na vině jsou závity cívky, které se vzájemně ovlivňují a zpomalují proud.

Pokud máte konstantní napětí, například v bateriích nebo akumulátorech, proud se bude zvyšovat relativně pomalu, ale stále bude mít čas dosáhnout své nominální hodnoty.

A pak proud půjde ruku v ruce s napětím, jak se říká, „krok v kroku“.

Pokud ale odeberete napětí ze zásuvky s proměnným sinusoidem, pak zde není konstantní a bude se měnit. Nejprve je U po určitou dobu kladná hodnota a poté je záporná a má stejnou amplitudu. Na obrázku je to znázorněno jako vlna.

Tyto neustálé oscilace neumožňují proudu procházejícímu cívkou dosáhnout své ustálené hodnoty a dohnat napětí. Jakmile se k této hodnotě přiblíží, napětí již začíná klesat.

Proto se v tomto případě říká, že proud zaostává za napětím.

Navíc čím více závitů je v cívce navinutých, tím větší bude toto zpoždění.

Jak tohle všechno souvisí s cos fí?

A to je zapojeno tak, že toto zpoždění proudu se měří úhlem natočení. Celý cyklus sinusové vlny neboli vlny, kterou prochází od nuly k nule, obsahující maximální a minimální hodnoty, se měří ve stupních. A jeden takový cyklus se rovná 360 stupňům.

Ale úhel zpoždění proudu vzhledem k napětí je přesně to, co je označeno řeckým písmenem fí. Hodnota kosinu tohoto úhlu zpoždění je tentýž cos ϕ.

Čím více je tedy proud zpožděn za napětím, tím větší bude tento úhel. Kosinus fí se tedy sníží.

Vědecky se proud posunutý od napětí nazývá fázový posun. Zároveň si z nějakého důvodu mnozí myslí, že sinusoid je vždy ideální. I když to zdaleka není pravda.

Jako příklad si můžeme vzít spínané napájecí zdroje.

Neidealita sinusoidy je vyjádřena koeficientem nelineárního zkreslení – THD. Sečtením těchto dvou hodnot – cos ϕ a THD získáte účiník.

Abychom to však zjednodušili, nejčastěji se pod pojmem účiník rozumí pouze jeden kosinus fí.

V praxi se tento účiník nevypočítává pomocí fázového posunu, ale poměrem činného výkonu k celkovému výkonu.

Aktivní a jalový výkon

Existuje něco jako mocninný trojúhelník. Kosinus sám o sobě je trigonometrická funkce, která se objevila při studiu vlastností pravoúhlých trojúhelníků.

Hodně to pomáhá při provádění určitých výpočtů s nimi. Například jasně ukazuje poměr délek přilehlé odvěsny (P – činná mocnina) k přeponě (S – plná mocnina).

To znamená, že při znalosti úhlu posunu můžete zjistit, kolik činného výkonu je obsaženo v plném úhlu. Čím menší je tento úhel, tím méně reaktivní složky je v síti a naopak.

Jen si nepleťte cos ϕ s účinností. Jsou to různé pojmy. Reaktivní složka se nespotřebovává, ale v síti se „vrací“ do rozvodny, tj. nedochází k žádným skutečným ztrátám. Na ohřev vodičů lze vynaložit pouze malou část.

V účinnosti je vše přehlednější – užitečná energie se využívá na vytápění – chlazení – mechanickou práci, zbytek se nenávratně ztrácí. Tento rozdíl se projevuje v účinnosti.

Podrobněji, s grafy, obrázky a jednoduchými slovy, bez jakýchkoli speciálních vědeckých formulací, je to vše popsáno ve videu níže.

Nízký účiník a jeho důsledky

Zpoždění proudu vzhledem k napětí, o kterém se diskutovalo výše, není dobrá věc. Jak to může ovlivnit vaše žárovky nebo kabeláž?

• Zaprvé, jde o zvýšenou spotřebu elektřiny

Část energie bude jednoduše „viset“ v cívce, aniž by přinesla jakýkoli užitek. Nebojte se však, váš domácí elektroměr jalovou energii nepočítá a vy za ni nebudete platit.

Například pokud zapojíte nástroj nebo lampu s plným výkonem 100 VA do zásuvky, na jejímž zdroji je uvedeno cos ϕ=0,5, pak měřič naměří pouze polovinu této hodnoty, tj. 50 W.

Ale celá zátěž projde napájecími vodiči a zahřeje je zbytečnou prací.

• množství proudu v kabeláži se zvýší

Zde je známé vizuální video demonstrující vliv tohoto jevu na zapojení.

• pro elektrárny a transformátory je škodlivý kvůli přetížení

Zdálo by se, že vyhození cívky by celý problém vyřešilo. To se však nedaří.

Ve většině lamp nefungují lampy samostatně, ale ve dvojicích se zdroji energie. A v těchto zdrojích jsou různé cívky.

Cívky jsou prostě nezbytné jako funkční součást celého obvodu a je nemožné se jich zbavit. Například ve stejných tlumivkách DRL, DNAT, zářivek atd.

Charakteristika účiníku se zde tedy více vztahuje k napájení než k samotné lampě. Tento cos ϕ může nabývat hodnoty od nuly do jedné.

Nula znamená, že se nevykonává žádná užitečná práce. Jedna znamená, že veškerá energie je spotřebována k vykonání užitečné práce.

Čím vyšší je účiník, tím menší jsou energetické ztráty. Zde je tabulka účiníků pro různé spotřebiče:

Jak měřit účiník

Pokud neznáte přesný účiník vašeho zařízení, nebo není uveden na štítku, je možné změřit kosinus fí doma, aniž byste se museli uchylovat k různým vzorcům a výpočtům? Samozřejmě, že můžete.

K tomu stačí zakoupit široce používaný nástroj – digitální wattmetr do zásuvky.

Připojením jakéhokoli zařízení přes něj snadno zjistíte skutečný cos ϕ bez měření a složitých výpočtů.

Skutečná data mohou být často ještě přesnější než data uvedená na typovém štítku, který je vypočítán pro ideální podmínky.

Pokud je příliš nízká, co by se mělo udělat, aby se její hodnota co nejvíce přiblížila jedné? To lze určitým způsobem kompenzovat. Například použitím kondenzátorů.

To je však téma pro úplně jiný článek.