3.6 Tehonkulutus vaihtovirtapiirissä

1) Piirissä on pelkästään resistiivistä vastusta (ei käämiä tai kondensaattoria)

Virran ja ja jännitteen vaihe-ero = 0 ja piiri kuluttaa tehon

P = UI = RI²

Kuvassa tehokäyrä (musta) esittää piirin hetkellistä tehonkulutusta. Hetkellisesti teho = 0 silloin kun sekä I että U ovat = 0. Maksimiteho kuluu neljäsosajakson kuluttua, jolloin I, U ja P saavat ääriarvonsa.

2) Piirissä on vain käämi.
Tällöin jännite (sininen käyrä) on p/2 virtaa edellä ja tehokäyrä (musta) on symmetrinen sinikäyrä aika-akselin suhteen. Siksi piirin keskimääräinen tehonkulutus = 0. Ideaalinen käämi ei siis kuluta energiaa.

3) Piirissä on vain kondensaattori.
Nyt virta on p/2 jännitettä edellä ja tehokäyrä on edelleen symmetrinen sinikäyrä aika-akselin suhteen. Piirin keskimääräinen tehonkulutus = 0.

4) Piirissä on sarjaan kytkettynä sekä vastus että käämi ja kondensaattori.

Katsomme nyt miten taajuuden f muuttuminen vaikuttaa tehoon. Säädä taajuutta liukunauhasta.

Näet, että taajuus vaikuttaa tehoon. Taajuudella, jolla virta ja jännite ovat samassa vaiheessa eli resonanssitaajuudella tehon kulutus on suurimmillaan. Voidaan johtaa, että teho, jolla energiaa siirtyy kuormaan on

P = UIcosf

missä f on vaihe-ero ja cosf ns. tehokerroin.

Esim 1. Laske oheisen piirin tehokerroin

Kapasitiivinen reaktanssi on nyt

ja piirin impedanssi

Piirin virta I = U / Z = 24 V / 54,3 W = 0,4 A.

Esim 2. Kytkentä on kuten edellä, mutta arvoilla R = 500 W ja C = 15 nF .

Voit kasvattaa liukunauhalla kapasitanssin arvoa. Miten kapasitanssin kasvu vaikuttaa virtaan, vaihe-eroon ja tehoon ? Perustele nämä itsellesi aiemmin esitetyillä kaavoilla.