Opća ovisnost električne energije o električnoj struji i naponu odavno je poznata: ovo je proizvod. Množimo struju s naponom - dobivamo vrijednost ove količine koju troši krug iz mreže.
Ali u stvarnosti, stvari možda nisu tako jednostavne. Jer jednostavnim množenjem napona sa strujom dobijamo vrijednost prividne snage. Čini se - ovo je ono što vam treba! Uostalom, obično nas zanima puna vrijednost bilo koje količine.
Međutim, takav stav se ne može proširiti i na električnu energiju, jer struja i struja, na osnovu kojih se mijenjaju očitanja našeg stambenog brojila, nisu pune, već aktivne.
Aktivna snaga- to je snaga koja se troši u trenutku kada u mreži u istom trenutku postoji i napon i električna struja sinhrona s njim. U stvari, u DC kolima, s izuzetkom on-off tranzijenta, upravo se to događa.
Napon stalno "pritišće", ako je kolo zatvoreno, određena struja stalno "pritišće". Kao rezultat, prividna i aktivna snaga postaju jednake, jer struja i napon djeluju zajedno.
Druga stvar su AC kola. Napon u njima mijenja smjer pedeset puta u sekundi, a struja ... ponekad zaostaje, a ponekad ispred napona. Na primjer, ako u krugu postoji "induktivnost", odnosno zavojnica žice s mnogo zavoja, tada će struja na takvom elementu kruga "zaostajati" za naponom.
Razlog je povratni EMF samoindukcije koji se odupire promjeni struje u zavojnici. Ispostavilo se da je napon već primijenjen na induktor, a struja se ni na koji način ne može povećati zbog smetnji od povratnog EMF-a.
Među studentima mnogih električnih univerziteta postoji takvo umjetničko poređenje: "Potrebno je vrijeme da struja prođe kroz svaki zavoj, a napon je već na krajevima zavojnice."
Protuindukcijska emf uzrokuje pad napona i smanjenje struje u kolu. To jest, zavojnica je izvor induktivnog otpora. Ali razlikuje se od aktivnog otpora po tome što se na njemu ne stvara toplina i uopće se ne troši energija u uobičajenom smislu.
Postoji jednostavno "prazna" transfuzija električne energije iz izvora u induktivitet. A energija koja se preusmjerava naprijed-natrag poput loptice za stoni tenis ne napušta mrežu nikuda. Ovo je reaktivna energija i potrošač u kući je ne mora platiti elektrodistribuciji.
Reaktivna energija, proizvedena u mreži u jedinici vremena, može se smatrati reaktivnom snagom. Izračunava se na isti način kao i aktivni - proizvodom reaktivne komponente struje i napona.
Reaktivna komponenta struje je ona koja se ne poklapa sa naponom u svojoj fazi. Vrijednost "nepodudaranja" karakterizira ugao faznog pomaka. U slučaju čiste induktivnosti, fazni pomak je maksimalno -90°. To znači da kada napon dostigne najveću vrijednost, struja samo počinje rasti.
A ako se kondenzator (kapacitivnost) nalazi u krugu, tada će napon, naprotiv, zaostajati za strujom za 90 stupnjeva zbog činjenice da za nastanak pada napona kondenzator treba napuniti svoje ploče.
Na isti način, izvor i kondenzator u istom krugu će razmjenjivati reaktivnu energiju, koja se neće trošiti ni na što.
U stvarnom kolu ne postoji čisto otporno ili čisto reaktivno opterećenje, tako da se prividna snaga uvijek sastoji od aktivne i reaktivne komponente, a fazni ugao je između nula i 90°.
Reaktivna komponenta struje jednaka je njenom proizvodu sinusom ugla faznog pomaka, a aktivna komponenta jednaka je proizvodu kosinusom ovog ugla:
Q=I*sinφ; P=I*cosφ
Ukupna snaga se može naći pomoću Pitagorine teoreme:
S=√(P^2+Q^2);
Istovremeno, reaktivna snaga, za razliku od aktivne, ne može se izračunati u vatima, jer je neefikasna. Stoga su za reaktivnu snagu osmislili posebnu mjernu jedinicu - reaktivne volt-ampere (VAR). A ukupna vrijednost se mjeri u volt-amperima, bez navođenja prirode opterećenja.
"Priručnik" - informacije o raznim elektronske komponente: tranzistori, mikročipovi, transformatori, kondenzatori, LED diode itd. Informacije sadrže sve što je potrebno za odabir komponenti i izvođenje inženjerskih proračuna, parametre, kao i pinout kućišta, tipične dijagrame ožičenja i preporuke za korištenje radio elemenata.
S jedne strane, rad struje se može lako izračunati, znajući jačinu struje, napon i otpor opterećenja. Do bolova poznate formule iz kursa školske fizike izgledaju ovako.
Rice. 1. Formule
A o reaktivnoj komponenti nema ni riječi.
S druge strane, brojni fizički procesi zapravo nameću svoje karakteristike ovim proračunima. Radi se o reaktivnoj energiji. Problemi sa razumijevanjem reaktivnih procesa dolaze zajedno sa računima za struju u velikim preduzećima, jer u kućnim mrežama plaćamo samo aktivnu energiju (veličine potrošnje reaktivne energije su toliko male da se jednostavno zanemaruju).
Definicije
Da bismo razumjeli suštinu fizičkih procesa, počnimo s definicijama.
Aktivna struja je potpuno konvertibilna energija koja se u strujno kolo dovodi iz izvora napajanja. Transformacija se može odvijati u toplinu ili u neku drugu vrstu energije, ali suština ostaje ista - primljena energija se ne vraća nazad u izvor.
Primjer rada aktivne energije: struja, prolazeći kroz otporni element, pretvara dio energije u toplinu. Ovo savršeno djelo struje je aktivno.
Reaktivna električna energija je energija vraćena nazad u trenutni izvor. Odnosno, vraća se struja koja je prethodno primljena i uzeta u obzir od strane brojila, bez obavljanja posla. Između ostalog, struja napravi skok (za kratko vrijeme opterećenje se jako povećava).
Teško je razumjeti proces bez primjera.
Najočigledniji je rad kondenzatora. Sam po sebi, kondenzator ne pretvara električnu energiju u koristan rad, akumulira je i oslobađa. Naravno, ako se dio energije i dalje troši na zagrijavanje elementa, onda se može smatrati aktivnim. Reaktivno izgleda ovako:
1. Kada se kapacitivnost napaja naizmjeničnim naponom, zajedno sa povećanjem U, povećava se i naboj kondenzatora.
2. U trenutku kada počinje pad napona (druga četvrtina na sinusoidi), napon na kondenzatoru je veći od napona izvora. I tako kondenzator počinje da se prazni, vraćajući energiju u strujni krug (struja teče u suprotnom smeru).
3. U naredne dvije četvrtine situacija se potpuno ponavlja, samo se tenzija mijenja u suprotnu.
Zbog činjenice da sam kondenzator ne obavlja rad, primljeni napon dostiže svoju maksimalnu vrijednost amplitude (to jest, √2 = 1,414 puta više od trenutne 220V, ili 220 1,414 = 311V).
Kod rada sa induktivnim elementima (namotaji, transformatori, elektromotori itd.) situacija je slična. Grafikon indikatora možete vidjeti na slici ispod.
Rice. 2. Grafikoni indikatora
Zbog činjenice da se moderni kućni aparati sastoje od mnogo različitih elemenata sa i bez efekta "reaktivne" snage, reaktivna struja, koja teče u suprotnom smjeru, radi vrlo stvaran posao zagrijavanja aktivnih elemenata. Dakle, reaktivna snaga kola se u suštini izražava u kolateralnim gubicima i udarima struje.
U proračunima je vrlo teško odvojiti jedan indikator snage od drugog. A sistem kvalitetnog i efikasnog računovodstva je skup, što je, zapravo, dovelo do odbijanja mjerenja obima potrošnje reaktivnih struja u svakodnevnom životu.
U velikim komercijalnim objektima, naprotiv, obim potrošnje reaktivne energije je znatno veći (zbog obilja energetske opreme snabdjevene snažnim elektromotorima, transformatorima i drugim elementima koji generiraju reaktivnu struju), pa se za njih uvodi posebno računovodstvo.
Kako se računa aktivna i reaktivna električna energija?
Većina proizvođača mjerača električne energije za poduzeća implementira jednostavan algoritam.
Q \u003d (S 2 - P 2) 1/2
Ovdje se aktivna snaga P oduzima od ukupne snage S (u pojednostavljenom obliku).
Dakle, nije potrebno da proizvođač organizira potpuno odvojeno računovodstvo.
Šta je cosϕ (kosinus phi)
Za numerički izraz omjera aktivne i reaktivne snage koristi se poseban koeficijent - kosinus phi.
Izračunava se prema formuli.
cosϕ = P akt / P ukupno
Gdje je prividna snaga zbir aktivne i jalove snage.
Isti koeficijent je naveden na natpisnim pločicama električnih alata opremljenih motorima. U ovom slučaju, cosϕ se koristi za procjenu vršne potražnje za snagom. Na primjer, nazivna snaga uređaja je 600 W, a cosϕ = 0,7 (prosjek za veliku većinu električnih alata), tada će se vršna snaga potrebna za pokretanje elektromotora smatrati Pnom / cosϕ, = 600 W / 0,7 = 857 VA (reaktivna snaga je izražena u volt-amperima).
Primjena kompenzatora jalove snage
Kako bi potaknuli potrošače na rad električne mreže bez reaktivnog opterećenja, dobavljači električne energije uvode dodatnu plaćenu tarifu za reaktivnu snagu, ali naplaćuju samo ako prosječna mjesečna potrošnja prelazi određeni koeficijent, na primjer, ako je odnos pune i aktivne snage veći od 0,9, račun za reaktivnu snagu nije izložen.
U cilju smanjenja troškova, preduzeća ugrađuju posebnu opremu - kompenzatore. Mogu biti dvije vrste (u skladu sa principom rada):
- kapacitivni;
- Induktivna.
Karakteristike snage instalacije ili mreže glavne su za većinu poznatih električnih uređaja. Aktivna snaga (prenesena, potrošena) karakterizira dio ukupne snage koji se prenosi u određenom periodu frekvencije naizmjenične struje.
Definicija
Aktivna i reaktivna snaga mogu biti samo za naizmjeničnu struju, jer su karakteristike mreže (struja i napon) za jednosmjernu struju uvijek jednake. Jedinica mjerenja aktivne snage je vat, dok je jedinica reaktivne snage reaktivni voltamper i kiloVAR (kVAR). Vrijedi napomenuti da se pune i aktivne karakteristike mogu mjeriti u kW i kVA, što ovisi o parametrima određenog uređaja i mreže. U industrijskim krugovima se najčešće mjeri u kilovatima.
Elektrotehnika koristi aktivnu komponentu kao mjeru prijenosa energije pojedinih električnih uređaja. Razmislite koliko energije neki od njih troše:
Na osnovu navedenog, aktivna snaga je pozitivna karakteristika pojedinog električnog kola, što je jedan od glavnih parametara za odabir električnih uređaja i kontrolu potrošnje električne energije.
Oznaka reaktivne komponente:
Ovo je nominalna vrijednost koja karakterizira opterećenja u električnim uređajima koristeći EMF fluktuacije i gubitke tijekom rada uređaja. Drugim riječima, prenesena energija ide do određenog reaktivnog pretvarača (ovo je kondenzator, diodni most, itd.) i pojavljuje se samo ako sistem uključuje ovu komponentu.
Plaćanje
Da biste saznali indeks aktivne snage, potrebno je znati ukupnu snagu, za izračunavanje se koristi sljedeća formula:
S = U \ I, gdje je U mrežni napon, a I struja mreže.
Isti proračun se vrši i kod izračunavanja nivoa prijenosa energije zavojnice sa simetričnom vezom. Šema izgleda ovako:
Proračun aktivne snage uzima u obzir fazni ugao ili faktor (cos φ), tada:
S \u003d U * I * cos φ.
Vrlo važan faktor je da ova električna veličina može biti i pozitivna i negativna. Zavisi koje karakteristike ima cos φ. Ako sinusna struja ima kut faznog pomaka u rasponu od 0 do 90 stupnjeva, tada je aktivna snaga pozitivna, ako je od 0 do -90, onda je negativna. Pravilo važi samo za sinhronu (sinusoidnu) struju (koja se koristi za rad asinhronog motora, mašinske opreme).
Također, jedna od karakterističnih karakteristika ove karakteristike je da je u trofaznom kolu (na primjer, transformator ili generator) aktivni indikator u potpunosti razvijen na izlazu.
Maksimalna i aktivna se označava sa P, a jalova snaga - Q.
Zbog činjenice da je reaktivnost određena kretanjem i energijom magnetskog polja, njegova formula (uzimajući u obzir kut pomaka faze) je sljedeća:
Q L = U L I = I 2 x L
Za nesinusoidnu struju, vrlo je teško odabrati standardne mrežne parametre. Koriste se različiti mjerni uređaji za određivanje potrebnih karakteristika za proračun aktivne i reaktivne snage. Ovo je voltmetar, ampermetar i drugi. Na osnovu nivoa opterećenja odabire se željena formula.
Zbog činjenice da su reaktivne i aktivne karakteristike povezane sa prividnom snagom, njihov omjer (ravnoteža) je sljedeći:
S = √P 2 + Q 2 , i sve je to jednako U*I .
Ali ako struja prolazi direktno kroz reaktanciju. Nema gubitaka u mreži. To je određeno induktivnom induktivnom komponentom - C i otporom - L. Ovi pokazatelji se izračunavaju po formulama:
Induktivni otpor: x L = ωL = 2πfL,
Otpor kapacitivnosti: xc = 1/(ωC) = 1/(2πfC).
Za određivanje omjera aktivne i jalove snage koristi se poseban koeficijent. Ovo je vrlo važan parametar po kojem možete utvrditi koji dio energije se zloupotrebljava ili "gubi" tokom rada uređaja.
Ako u mreži postoji aktivna reaktivna komponenta, mora se izračunati faktor snage. Ova vrijednost nema mjerne jedinice, ona karakteriše određeni potrošač struje ako električni sistem sadrži reaktivne elemente. Uz pomoć ovog indikatora postaje jasno u kojem smjeru i kako se energija pomjera u odnosu na mrežni napon. Da biste to učinili, potreban vam je dijagram naponskog trokuta:
Na primjer, u prisustvu kondenzatora, formula koeficijenta ima sljedeći oblik:
cos φ = r/z = P/S
Da biste dobili što preciznije rezultate, preporučljivo je ne zaokružiti primljene podatke.
Kompenzacija
S obzirom da je na rezonanciji struja jalova snaga 0:
Q=QL-QC=ULI-UCI
Kako bi se poboljšala kvaliteta pojedinog uređaja, koriste se posebni uređaji koji smanjuju utjecaj gubitaka na mrežu. Konkretno, ovo je UPS. Ovom uređaju nisu potrebni električni potrošači sa ugrađenom baterijom (na primjer, laptopi ili prijenosni uređaji), ali za većinu drugih je neophodno neprekidno napajanje.
Prilikom instaliranja takvog izvora, ne samo da možete utvrditi negativne posljedice gubitaka, već i smanjiti troškove plaćanja električne energije. Stručnjaci su dokazali da će UPS u prosjeku pomoći u uštedi od 20% do 50%. Zašto se ovo dešava:
U nekim slučajevima stručnjaci ne koriste punopravne UPS-ove, već posebne kompenzacijske kondenzatore. Pogodni su za kućnu upotrebu i dostupni su i prodaju se u svakoj prodavnici električne opreme. Sve navedene formule mogu se koristiti za izračunavanje planiranih i ostvarenih ušteda.
Iz pisma klijenta:
Reci mi, zaboga, zašto je snaga UPS-a naznačena u volt-amperima, a ne u uobičajenim kilovatima za sve. Veoma je stresno. Uostalom, svi su odavno navikli na kilovate. Da, i snaga svih uređaja uglavnom je naznačena u kW.
Alexey. 21. juna 2007
Tehničke specifikacije bilo kojeg UPS-a ukazuju na prividnu snagu [kVA] i aktivnu snagu [kW] - one karakterišu kapacitet opterećenja UPS-a. Primjer, pogledajte slike ispod:
 |
Snaga nije svih uređaja naznačena u W, na primjer:
- Snaga transformatora je prikazana u VA:
http://www.mstator.ru/products/sonstige/powertransf (TP transformatori: pogledajte prilog)
http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (TSGL transformatori: vidi prilog) - Snaga kondenzatora je naznačena u Vars:
http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (kondenzatori K78-39: vidi dodatak)
http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (UK kondenzatori: vidi prilog) - Za primjere drugih opterećenja, pogledajte dodatke ispod.
Karakteristike snage opterećenja mogu se precizno podesiti jednim jedinim parametrom (aktivna snaga u W) samo za slučaj istosmjerne struje, budući da postoji samo jedna vrsta otpora u kolu jednosmjerne struje - aktivni otpor.
Karakteristike snage opterećenja za slučaj naizmjenične struje ne mogu se precizno odrediti jednim jedinim parametrom, budući da postoje dvije različite vrste otpora u kolu naizmjenične struje - aktivni i reaktivni. Dakle, samo dva parametra: aktivna snaga i reaktivna snaga precizno karakteriziraju opterećenje.
Princip rada aktivnih i reaktivnih otpora je potpuno drugačiji. Aktivni otpor - nepovratno pretvara električnu energiju u druge vrste energije (toplotnu, svjetlosnu, itd.) - primjeri: žarulja sa žarnom niti, električni grijač (paragraf 39, razred fizike 11 V.A. Kasyanov M .: Bustard, 2007).
Reaktancija - naizmjenično akumulira energiju, a zatim je vraća u mrežu - primjeri: kondenzator, induktor (paragraf 40.41, 11. razred fizike V.A. Kasyanov M.: Bustard, 2007).
Dalje možete pročitati u bilo kojem udžbeniku elektrotehnike da se aktivna snaga (disipana u omskom otporu) mjeri u vatima, a reaktivna snaga (kruži kroz reaktanciju) mjeri u varsima; još dva parametra se također koriste za karakterizaciju snage opterećenja: ukupna snaga i faktor snage. Sve ove 4 opcije:
- Aktivna snaga: oznaka P, jedinica: Watt
- Reaktivna snaga: oznaka Q, jedinica: VAR(Volt Amper reaktivan)
- Bruto snaga: oznaka S, jedinica: VA(volt amp)
- Faktor snage: oznaka k ili cosF, jedinica mjere: bezdimenzionalna količina
Ovi parametri su povezani relacijama: S*S=P*P+Q*Q, cosF=k=P/S
Također cosF se naziva faktor snage ( faktor snage – PF)
Stoga su u elektrotehnici bilo koja dva od ovih parametara data za karakteristike snage, pošto se ostatak može naći iz ova dva.
Na primjer, elektromotori, lampe (pražnjenje) - u njima. podaci su P[kW] i cosF:
http://www.mez.by/dvigatel/air_table2.shtml (AIR motori: vidi prilog)
http://www.mscom.ru/katalog.php?num=38 (DRL lampe: vidi dodatak)
(pogledajte dodatak ispod za primjere tehničkih podataka za različita opterećenja)
Isto je i sa napajanjima. Njihovu snagu (nosivost) karakteriše jedan parametar za izvore jednosmerne struje - aktivna snaga (W), i dva parametra za izvor. AC napajanje. Obično su ova dva parametra prividna snaga (VA) i aktivna snaga (W). Pogledajte na primjer parametre generatora i UPS-a.
Većina kancelarijskih i kućanskih aparata je aktivna (nema ili je mala reaktanca), pa je njihova snaga naznačena u vatima. U ovom slučaju, prilikom izračunavanja opterećenja, koristi se vrijednost snage UPS-a u vatima. Ako su opterećenje računari sa izvorima napajanja (PSU) bez korekcije ulaznog faktora snage (APFC), laserski štampač, frižider, klima uređaj, električni motor (na primer, potopljena pumpa ili motor kao deo mašine) , fluorescentne balastne lampe itd., svi izlazi se koriste u proračunu. Podaci UPS-a: kVA, kW, karakteristike preopterećenja, itd.
Pogledajte udžbenike elektrotehnike, na primjer:
1. Evdokimov F. E. Teorijske osnove elektrotehnike. - M.: Izdavački centar "Akademija", 2004.
2. Nemtsov M. V. Elektrotehnika i elektronika. - M.: Izdavački centar "Akademija", 2007.
3. Častojedov L. A. Elektrotehnika. - M.: Viša škola, 1989.
Vidi također AC napajanje, faktor snage, električni otpor, reaktancija http://en.wikipedia.org
(prevod: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)
Dodatak
Primjer 1: Snaga transformatora i autotransformatora je prikazana u VA (Volt Amps)
http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (TSGL transformatori)
| Monofazni autotransformatori |
|
||
| TDGC2-0.5kVa, 2A | AOSN-2-220-82 | ||
| TDGC2-1.0kVa, 4A | Latr 1.25 | AOSN-4-220-82 | |
| TDGC2-2.0kVa, 8A | Latr 2.5 | AOSN-8-220-82 | |
| TDGC2-3.0kVa, 12A | |||
| TDGC2-4.0kVa, 16A | |||
| TDGC2-5.0kVa, 20A | AOSN-20-220 | ||
| TDGC2-7.0kVa, 28A | |||
| TDGC2-10kVa, 40A | AOMN-40-220 | ||
| TDGC2-15kVa, 60A | |||
| TDGC2-20kVa, 80A | |||
http://www.gstransformers.com/products/voltage-regulators.html (LATR / laboratorijski autotransformatori TDGC2)
Primjer 2: snaga kondenzatora je naznačena u Vars (Volt Amperes reaktivan)
 |
http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (kondenzatori K78-39)
 |
http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (UK kondenzatori)
Primjer 3: tehnički podaci elektromotora sadrže aktivnu snagu (kW) i cosF
Za opterećenja kao što su elektromotori, lampe (pražnjenje), kompjuterska napajanja, kombinovana opterećenja, itd. - tehnički podaci ukazuju na P [kW] i cosF (aktivna snaga i faktor snage) ili S [kVA] i cosF (prividna snaga i faktor snage snaga).
http://www.weiku.com/products/10359463/Stainless_Steel_cutting_machine.html
(kombinovano opterećenje - mašina za plazma rezanje čelika / Inverter plazma rezač LGK160 (IGBT)
http://www.silverstonetek.com.tw/product.php?pid=365&area=en (PC napajanje)
Dodatak 1
Ako opterećenje ima visok faktor snage (0,8 ... 1,0), tada se njegova svojstva približavaju aktivnom opterećenju. Takvo opterećenje je idealno i za mrežnu liniju i za izvore napajanja, jer. ne stvara reaktivne struje i snage u sistemu.
Stoga su u mnogim zemljama usvojeni standardi koji normaliziraju faktor snage opreme.
Dodatak 2
Oprema sa jednim opterećenjem (na primjer, PC napajanje) i višekomponentna kombinovana oprema (na primjer, industrijska glodalica koja uključuje nekoliko motora, računar, rasvjetu, itd.) imaju niske faktore snage (manje od 0,8) od unutrašnje jedinice (na primjer, PC ispravljač za napajanje ili elektromotor imaju faktor snage 0,6 .. 0,8). Stoga, trenutno većina opreme ima korektor ulaznog faktora snage. U ovom slučaju, faktor ulazne snage je 0,9 ... 1,0, što je u skladu sa regulatornim standardima.
Dodatak 3. Važna napomena u vezi sa faktorom snage UPS-a i stabilizatora napona
Kapacitet opterećenja UPS-a i DGU-a je normalizovan na standardno industrijsko opterećenje (faktor snage 0,8 sa induktivnim karakterom). Na primjer, UPS 100 kVA / 80 kW. To znači da uređaj može isporučiti maksimalnu snagu od 80kW aktivnog opterećenja, ili 100kVA mješovitog (aktivno-reaktivnog) opterećenja s induktivnim faktorom snage 0,8.
Kod stabilizatora napona situacija je drugačija. Za stabilizator, faktor snage opterećenja je indiferentan. Na primjer, regulator napona od 100 kVA. To znači da uređaj može napajati aktivno opterećenje maksimalne snage 100 kW, ili bilo koju drugu (čisto aktivnu, čisto reaktivnu, mješovitu) snagu od 100 kVA ili 100 kVAr sa bilo kojim kapacitivnim ili induktivnim faktorom snage. Imajte na umu da ovo vrijedi za linearno opterećenje (bez viših strujnih harmonika). Sa velikim harmonijskim izobličenjem struje opterećenja (visoki THD), izlazna snaga stabilizatora je smanjena.
Dodatak 4
Ilustrativni primjeri čistog otpornog i čistog reaktivnog opterećenja:
- Žarulja sa žarnom niti od 100 W priključena je na AC mrežu od 220 VAC - struja provodljivosti postoji svuda u krugu (kroz žičane provodnike i volframove dlake lampe). Karakteristike opterećenja (sijalice): snaga S=P~=100 VA=100 W, PF=1 => sva električna energija je aktivna, što znači da se potpuno apsorbuje u lampi i pretvara u toplotnu i svetlosnu snagu.
- Nepolarni kondenzator od 7 uF spojen je na 220 VAC AC mrežu - postoji struja provodljivosti u žičanom kolu, struja prednapona teče unutar kondenzatora (kroz dielektrik). Karakteristike opterećenja (kondenzatora): snaga S=Q~=100 VA=100 VAR, PF=0 => sva električna energija je reaktivna, što znači da konstantno cirkuliše od izvora do opterećenja i nazad, opet do opterećenja, itd.
Dodatak 5
Za ukazivanje na preovlađujuću reaktanciju (induktivnu ili kapacitivnu), predznak se dodjeljuje faktoru snage:
+ (plus)– ako je ukupna reaktancija induktivna (primjer: PF=+0,5). Trenutna faza zaostaje za fazom napona za ugao F.
- (oduzeti)– ako je ukupna reaktancija kapacitivna (primjer: PF=-0,5). Faza struje vodi fazu napona za ugao F.
Dodatak 6
Dodatna pitanja
Pitanje 1:
Zašto svi udžbenici elektrotehnike koriste imaginarne brojeve/veličine (na primjer, reaktivnu snagu, reaktanciju, itd.) koji u stvarnosti ne postoje kada se računaju naizmjenična kola?
odgovor:
Da, sve pojedinačne količine u okolnom svijetu su stvarne. Uključujući temperaturu, reaktanciju itd. Upotreba imaginarnih (složenih) brojeva je samo matematički trik koji olakšava proračune. Rezultat izračuna je nužno realan broj. Primjer: reaktivna snaga opterećenja (kondenzatora) od 20 kvar je stvarni tok energije, odnosno stvarni vati koji kruže u krugu izvor-opterećenje. Ali da bi razlikovali ove Vate od Vata koje nepovratno apsorbuje opterećenje, ovi "kružni Vati" odlučili su nazvati Volt·Ampere reaktivnim.
komentar:
Ranije su se u fizici koristile samo pojedinačne veličine, a u proračunu su sve matematičke veličine odgovarale stvarnim količinama okolnog svijeta. Na primjer, udaljenost je jednaka brzini puta vremenu (S=v*t). Zatim se razvojem fizike, odnosno proučavanjem složenijih objekata (svjetlost, valovi, naizmjenična električna struja, atom, prostor itd.), pojavio toliki broj fizičkih veličina da je postalo nemoguće izračunati svaku zasebno. . Ovo nije samo problem ručnog proračuna, već i problem kompajliranja kompjuterskih programa. Da bi se riješio ovaj problem, bliske pojedinačne vrijednosti počele su se kombinirati u složenije (uključujući 2 ili više pojedinačnih vrijednosti), poštujući zakone transformacije poznatih u matematici. Tako su se pojavile skalarne (pojedinačne) veličine (temperatura itd.), vektorske i kompleksne dualne (impedansa itd.), vektorske trostruke (vektor magnetskog polja itd.) i složenije veličine - matrice i tenzori (tenzor dielektrične permitivnosti , tenzor Ricci i drugi). Da bi se pojednostavili proračuni u elektrotehnici, koriste se sljedeće imaginarne (kompleksne) dualne veličine:
- Impedansa (impedansa) Z=R+iX
- Prividna snaga S=P+iQ
- Dielektrična konstanta e=e"+ie"
- Magnetna permeabilnost m=m"+im"
- i sl.
2. pitanje:
Stranica http://en.wikipedia.org/wiki/Ac_power prikazuje S P Q F na kompleksnoj, odnosno imaginarnoj/nepostojećoj ravni. Kakve sve ovo ima veze sa realnošću?
 |
odgovor:
Teško je izvršiti proračune sa stvarnim sinusoidama, pa se radi pojednostavljenja proračuna koristi vektorska (kompleksna) reprezentacija, kao na sl. iznad. Ali to ne znači da S P Q prikazani na slici nisu povezani sa stvarnošću. Stvarne vrijednosti S P Q mogu se prikazati na uobičajen način, na osnovu mjerenja sinusnih signala osciloskopom. Vrijednosti S P Q F I U u AC krugu izvornog opterećenja zavise od opterećenja. Ispod je primjer realnih sinusoidnih signala S P Q i F za slučaj opterećenja koji se sastoji od serijski povezanih aktivnih i reaktivnih (induktivnih) otpora.
 |
pitanje 3:
Konvencionalna strujna stezaljka i multimetar izmjerili su struju opterećenja od 10 A i napon opterećenja od 225 V. Pomnožimo i dobijemo snagu opterećenja u W: 10 A 225 V \u003d 2250 W.
odgovor:
Dobili ste (izračunali) ukupnu snagu opterećenja od 2250 VA. Stoga će vaš odgovor vrijediti samo ako je vaše opterećenje isključivo otporno, tada je Volt Amp zaista jednak Watt-u. Za sve druge vrste opterećenja (na primjer, električni motor) - ne. Da biste izmjerili sve karakteristike bilo kojeg proizvoljnog opterećenja, morate koristiti mrežni analizator, kao što je APPA137:
 |
Pogledajte dodatnu literaturu, na primjer:
Evdokimov F. E. Teorijske osnove elektrotehnike. - M.: Izdavački centar "Akademija", 2004.
Nemcov M.V. Elektrotehnika i elektronika. - M.: Izdavački centar "Akademija", 2007.
Častojedov L.A. Elektrotehnika. - M.: Viša škola, 1989.
AC snaga, faktor snage, električni otpor, reaktansa
http://en.wikipedia.org (prijevod: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)
Teorija i proračun transformatora male snage Yu.N. Starodubtsev / RadioSoft Moskva 2005 / rev d25d5r4feb2013
Istovremeno se razlikuju dva indikatora koji odražavaju troškove pune snage pri servisiranju potrošača. Ovi pokazatelji se nazivaju aktivna i reaktivna energija. Bruto snaga je zbir ove dvije brojke. O tome što je aktivna i reaktivna električna energija i kako provjeriti iznos obračunatih plaćanja, pokušat ćemo reći u ovom članku.
Puna moć
Prema ustaljenoj praksi, potrošači ne plaćaju za upotrebni kapacitet koji se direktno koristi u privredi, već za puni koji oslobađa preduzeće dobavljač. Ovi indikatori se razlikuju po mjernim jedinicama - ukupna snaga se mjeri u volt-amperima (VA), a korisna snaga se mjeri u kilovatima. Aktivnu i reaktivnu električnu energiju koriste svi električni uređaji koji se napajaju iz mreže.
Aktivna struja
Aktivna komponenta ukupne snage obavlja koristan rad i pretvara se u one vrste energije koje su potrošaču potrebne. Za neke kućne i industrijske električne uređaje aktivna i prividna snaga u proračunima su iste. Među takvim uređajima su električne peći, žarulje sa žarnom niti, električne peći, grijalice, pegle i tako dalje.
Ako je u pasošu navedena aktivna snaga od 1 kW, tada će ukupna snaga takvog uređaja biti 1 kVA.
Koncept reaktivne struje
Ova vrsta električne energije svojstvena je krugovima koji uključuju reaktivne elemente. Reaktivna električna energija je dio ukupne ulazne snage koji se ne koristi za koristan rad.
U DC električnim krugovima, koncept reaktivne snage je odsutan. U kolima, reaktivna komponenta se javlja samo kada postoji induktivno ili kapacitivno opterećenje. U ovom slučaju postoji neusklađenost između faze struje i faze napona. Ovaj fazni pomak između napona i struje označen je simbolom "φ".
S induktivnim opterećenjem u krugu, uočava se fazno kašnjenje, s kapacitivnim opterećenjem je ispred njega. Dakle, samo dio pune snage dolazi do potrošača, a glavni gubici nastaju zbog beskorisnog zagrijavanja uređaja i uređaja tokom rada.
Gubici snage nastaju zbog prisustva induktivnih zavojnica i kondenzatora u električnim uređajima. Zbog njih se struja akumulira u krugu neko vrijeme. Pohranjena energija se zatim vraća nazad u kolo. Uređaji koji uključuju reaktivnu komponentu električne energije uključuju prijenosne električne alate, elektromotore i razne kućne aparate. Ova vrijednost se izračunava uzimajući u obzir poseban faktor snage, koji se naziva cos φ.
Proračun reaktivne električne energije
Faktor snage je u rasponu od 0,5 do 0,9; tačna vrijednost ovog parametra može se naći u pasošu električnog uređaja. Prividna snaga mora biti definirana kao količnik aktivne snage podijeljen sa faktorom.
Na primjer, ako pasoš električne bušilice navodi snagu od 600 W i vrijednost od 0,6, tada će ukupna snaga koju troši uređaj biti 600/06, odnosno 1000 VA. U nedostatku pasoša za izračunavanje ukupne snage uređaja, koeficijent se može uzeti jednak 0,7.
Budući da je jedan od glavnih zadataka postojećih elektroenergetskih sistema isporuka korisne energije krajnjem potrošaču, gubici reaktivne snage smatraju se negativnim faktorom, a povećanje ovog pokazatelja dovodi u sumnju efikasnost električnog kola u cjelini. Ravnoteža aktivne i reaktivne snage u kolu može se vizualizirati u obliku ove smiješne slike:
Vrijednost koeficijenta kada se uzimaju u obzir gubici
Što je veća vrijednost faktora snage, manji će biti gubitak aktivne električne energije - što znači da će krajnji potrošač potrošene električne energije koštati nešto manje. Da bi se povećala vrijednost ovog koeficijenta, u elektrotehnici se koriste različite metode kompenzacije neciljanih gubitaka električne energije. Kompenzacijski uređaji su vodeći generatori struje koji izglađuju fazni ugao između struje i napona. Baze kondenzatora se ponekad koriste za istu svrhu. Priključuju se paralelno na radni krug i koriste se kao sinhroni kompenzatori.
Obračun troškova električne energije za privatne kupce
Za individualnu upotrebu, aktivna i reaktivna električna energija nije odvojena u računima - u pogledu potrošnje, udio reaktivne energije je mali. Dakle, privatni kupci sa potrošnjom struje do 63 A plaćaju jedan račun, u kojem se sva potrošena električna energija smatra aktivnom. Dodatni gubici u strujnom kolu za reaktivnu električnu energiju se ne izdvajaju posebno i ne plaćaju.
Reaktivno mjerenje električne energije za preduzeća
Druga stvar - preduzeća i organizacije. U industrijskim prostorijama i industrijskim radionicama ugrađen je veliki broj električne opreme, au ukupnoj pristigloj električnoj energiji nalazi se značajan dio reaktivne energije, koja je neophodna za rad izvora napajanja i elektromotora. Aktivna i reaktivna električna energija koja se isporučuje preduzećima i organizacijama zahtijeva jasno razdvajanje i drugačiji način plaćanja. U ovom slučaju standardni ugovor služi kao osnova za regulisanje odnosa između dobavljača električne energije i krajnjih potrošača. Prema pravilima utvrđenim u ovom dokumentu, organizacijama koje troše električnu energiju iznad 63 A potreban je poseban uređaj koji daje očitavanja reaktivne energije za mjerenje i plaćanje.
Mrežno preduzeće postavlja reaktivno brojilo električne energije i naplaćuje prema njegovim očitanjima.
Faktor reaktivne energije
Kao što je ranije pomenuto, aktivna i reaktivna električna energija u fakturama za plaćanje se izdvajaju u posebne redove. Ako omjer volumena reaktivne i potrošene električne energije ne prelazi utvrđenu normu, tada se plaćanje reaktivne energije ne naplaćuje. Koeficijent odnosa se može napisati na različite načine, njegova prosječna vrijednost je 0,15. Ako je ova granična vrijednost prekoračena, potrošačkom preduzeću se preporučuje da instalira kompenzacijske uređaje.
Reaktivna energija u stambenim zgradama
Tipičan potrošač električne energije je stambena zgrada sa glavnim osiguračem koji troši električnu energiju veću od 63 A. Ako takva zgrada ima samo stambene prostore, reaktivna električna energija se ne naplaćuje. Tako stanovnici stambene zgrade u naknadi vide samo plaćanje pune električne energije koju je kući isporučio dobavljač. Isto pravilo važi i za stambene zadruge.
Posebni slučajevi obračuna jalove snage
Postoje slučajevi kada u višespratnoj zgradi postoje i komercijalne organizacije i stanovi. Snabdijevanje ovakvih kuća električnom energijom regulirano je posebnim zakonima. Na primjer, podjela može biti veličina korisne površine. Ako komercijalne organizacije zauzimaju manje od polovine korisne površine u stambenoj zgradi, tada se plaćanje reaktivne energije ne naplaćuje. Ako je granični procenat prekoračen, onda postoje obaveze plaćanja reaktivne električne energije.
U nekim slučajevima, stambene zgrade nisu oslobođene plaćanja reaktivne energije. Na primjer, ako zgrada ima priključne tačke za liftove za stanove, naknada za korištenje reaktivne električne energije se vrši posebno, samo za ovu opremu. Vlasnici stanova i dalje plaćaju samo aktivnu struju.
Razumijevanje suštine aktivne i reaktivne energije omogućava pravilno izračunavanje ekonomskog efekta ugradnje različitih kompenzacijskih uređaja koji smanjuju gubitke od reaktivnog opterećenja. Prema statistikama, takvi uređaji vam omogućavaju da povećate vrijednost cos φ sa 0,6 na 0,97. Dakle, uređaji za automatsku kompenzaciju pomažu u uštedi do trećine električne energije koja se isporučuje potrošaču. Značajno smanjenje gubitaka topline povećava vijek trajanja uređaja i mehanizama na proizvodnim mjestima i smanjuje cijenu gotovih proizvoda.
