توان الکتریکی فعال مفاهیم توان اکتیو، ظاهری و راکتیو

وابستگی کلی توان الکتریکی به جریان و ولتاژ الکتریکی برای مدت طولانی شناخته شده است: این یک محصول است. جریان را در ولتاژ ضرب می کنیم - مقدار این مقدار مصرف شده توسط مدار را از شبکه دریافت می کنیم.

اما در واقعیت، ممکن است همه چیز به این سادگی نباشد. زیرا به سادگی با ضرب ولتاژ در جریان، مقدار توان کل را بدست می آوریم. به نظر می رسد که این همان چیزی است که شما نیاز دارید! از این گذشته ، ما معمولاً به ارزش کامل هر کمیت علاقه مند هستیم.

با این حال، چنین نسبتی را نمی توان برای برق اعمال کرد، زیرا برق و قدرت، که بر اساس آن خوانش کنتور آپارتمان ما تغییر می کند، کامل نیست، بلکه فعال است.

قدرت فعال- این توانی است که در لحظه ای مصرف می شود که همزمان ولتاژ و جریان الکتریکی با آن در شبکه در همان لحظه وجود دارد. در واقع، در مدارهای DC، به جز گذرای روشن و خاموش، این مورد وجود دارد.

به طور مداوم ولتاژ را "فشار" می کند، اگر مدار بسته باشد - به طور مداوم مقداری جریان را "فشار" می کند. در نتیجه، توان ظاهری و فعال برابر می‌شوند، زیرا جریان و ولتاژ هماهنگ عمل می‌کنند.

مورد دیگر مدارهای AC است. ولتاژ موجود در آنها در هر ثانیه پنجاه بار تغییر جهت می دهد و جریان ... گاهی از ولتاژ عقب می ماند و گاهی جلوتر از ولتاژ. به عنوان مثال، اگر در مدار "القایی" وجود داشته باشد، یعنی سیم پیچی از سیم با چرخش های زیاد، جریان روی چنین عنصری از مدار از ولتاژ " عقب تر می ماند".

دلیل آن در EMF خود القایی است که در برابر تغییر جریان در سیم پیچ مقاومت می کند. معلوم می شود که ولتاژ قبلاً به اندوکتانس اعمال شده است و جریان هنوز نمی تواند به دلیل تداخل EMF برگشتی افزایش یابد.

در میان دانشجویان بسیاری از دانشگاه‌های مهندسی برق، چنین مقایسه هنرمندانه‌ای وجود دارد: "گذر جریان از هر پیچ به زمان نیاز دارد و ولتاژ در انتهای سیم‌پیچ وجود دارد."

EMF ضد القایی باعث افت ولتاژ و کاهش جریان در مدار می شود. یعنی سیم پیچ منبع راکتانس القایی است. اما تفاوت آن با مقاومت فعال در این است که هیچ گرمایی تولید نمی کند و به معنای معمول هیچ انرژی مصرف نمی کند.

به سادگی یک انتقال "خالی" الکتریسیته از منبع به اندوکتانس وجود دارد. و انرژی که مانند یک توپ تنیس روی میز به جلو و عقب هدایت می شود، از شبکه به جایی نمی رود. این انرژی راکتیو است و مصرف کننده مجبور نیست در زندگی روزمره هزینه آن را به شرکت تامین برق بپردازد.

انرژی واکنشیتولید شده در شبکه در واحد زمان را می توان توان راکتیو در نظر گرفت. به همان روشی که فعال است - با حاصل ضرب مولفه راکتیو جریان توسط ولتاژ محاسبه می شود.

مولفه راکتیو جریان مولفه ای است که با ولتاژ فاز خود منطبق نیست. مقدار "عدم تطابق" با زاویه فاز مشخص می شود. در مورد اندوکتانس خالص، تغییر فاز حداکثر - 90 درجه است. این بدان معنی است که وقتی ولتاژ به بالاترین مقدار خود می رسد، جریان تازه شروع به افزایش می کند.

و اگر یک خازن (خازن) در مدار قرار داشته باشد، برعکس، ولتاژ 90 درجه از جریان عقب می ماند، زیرا برای اینکه افت ولتاژ رخ دهد، خازن باید صفحات خود را شارژ کند. .

به همین ترتیب، منبع و خازن در یک مدار، انرژی راکتیو را مبادله می کنند که برای هیچ چیز هدر نخواهد رفت.

در یک مدار واقعی، بار صرفاً فعال یا صرفاً راکتیو وجود ندارد، بنابراین، توان ظاهری همیشه از یک جزء فعال و راکتیو تشکیل شده است و زاویه فاز بین صفر تا 90 درجه است.

مولفه راکتیو جریان برابر حاصلضرب آن توسط سینوس زاویه تغییر فاز و جزء فعال برابر با حاصلضرب کسینوس این زاویه است:

Q = I * sin⁡φ; P = I * cosφ

کاردینالیته کل را می توان با قضیه فیثاغورث پیدا کرد:

S = √ (P ^ 2 + Q ^ 2)؛

در عین حال توان راکتیو بر خلاف توان اکتیو را نمی توان بر حسب وات محاسبه کرد، زیرا بی اثر است. بنابراین، یک واحد اندازه گیری ویژه برای توان راکتیو - ولت آمپر راکتیو (VARs) اختراع شد. و مجموع بر حسب ولت آمپر اندازه گیری می شود، بدون اینکه ماهیت بار مشخص شود.

"دایرکتوری" - اطلاعات در مورد مختلف قطعات الکترونیکی: ترانزیستورها, ریز مدارها, مبدل ها, خازن ها, ال ای دی هاو غیره. اطلاعات شامل همه چیزهایی است که برای انتخاب اجزا و انجام محاسبات مهندسی، پارامترها، و همچنین پینوت محفظه ها، نمودارهای سیم کشی معمولی و توصیه هایی برای استفاده از عناصر رادیویی لازم است.

از یک طرف، کار جریان را می توان به راحتی با دانستن قدرت جریان، ولتاژ و مقاومت بار محاسبه کرد. فرمول های آشنای دردناکی از درس فیزیک مدرسه به این صورت است.

برنج. 1. فرمول ها

و در اینجا هیچ کلمه ای در مورد مولفه واکنشی وجود ندارد.

از سوی دیگر، تعدادی از فرآیندهای فیزیکی در واقع ویژگی های خاص خود را بر این محاسبات تحمیل می کنند. این در مورد انرژی واکنشی است. مشکلات درک فرآیندهای واکنشی همراه با قبوض برق در شرکت‌های بزرگ است، زیرا در شبکه‌های خانگی ما فقط برای انرژی فعال پرداخت می‌کنیم (میزان مصرف انرژی راکتیو آنقدر کم است که به سادگی نادیده گرفته می‌شوند).

تعاریف

برای درک ماهیت فرآیندهای فیزیکی، اجازه دهید با تعاریف شروع کنیم.

برق فعالانرژی کاملاً قابل تبدیلی است که از منبع برق وارد مدار می شود. تبدیل می تواند به گرما یا به نوع دیگری از انرژی انجام شود، اما ماهیت یکسان است - انرژی دریافتی به منبع باز نمی گردد.

مثالی از نحوه عملکرد انرژی فعال: جریانی که از یک عنصر مقاومت عبور می کند، بخشی از انرژی را به گرمایش تبدیل می کند. این کار کامل جریان فعال است.

الکتریسیته راکتیوآیا انرژی به منبع فعلی باز می گردد. یعنی جریانی که قبلاً دریافت و توسط کنتور در نظر گرفته شده است، بدون اتمام کار، برگردانده می شود. از جمله، جهش جریان (بار برای مدت کوتاهی به شدت افزایش می یابد).

در اینجا درک فرآیند بدون مثال دشوار است.

واضح ترین کارکرد خازن است. یک خازن به خودی خود الکتریسیته را به کار مفید تبدیل نمی کند، آن را ذخیره می کند و می دهد. البته اگر هنوز بخشی از انرژی صرف گرمایش المنت شود، می توان آن را فعال در نظر گرفت. واکنشی شبیه به این است:

1. هنگامی که خازن با ولتاژ متناوب تغذیه می شود، همراه با افزایش U، شارژ خازن نیز افزایش می یابد.

2. در لحظه ای که ولتاژ شروع به کاهش می کند (دومین دوره سه ماهه در سینوسی)، ولتاژ در خازن بالاتر از منبع است. و بنابراین، خازن شروع به تخلیه می کند و انرژی را به مدار قدرت برمی گرداند (جریان در جهت مخالف جریان می یابد).

3. در دو ربع بعدی، وضعیت کاملا تکرار می شود، سپس فقط تنش معکوس می شود.

با توجه به اینکه خود خازن کار نمی کند، ولتاژ دریافتی به حداکثر مقدار دامنه خود می رسد (یعنی √2 = 1.414 برابر بیشتر از جریان 220V یا 220 · 1.414 = 311V).

هنگام کار با عناصر القایی (کویل، ترانسفورماتور، موتور الکتریکی و غیره)، وضعیت یکسان است. نمودار عملکرد در تصویر زیر قابل مشاهده است.

برنج. 2. نمودارهای شاخص

با توجه به این واقعیت که لوازم خانگی مدرن از عناصر مختلف با و بدون اثر توان راکتیو تشکیل شده است، جریان راکتیو که در جهت مخالف جریان دارد، کار بسیار واقعی گرم کردن عناصر فعال را انجام می دهد. بنابراین، توان راکتیو مدار اساساً در تلفات اتفاقی و نوسانات ولتاژ بیان می شود.

جدا کردن یک نشانگر قدرت از دیگری هنگام محاسبه بسیار دشوار است. یک سیستم اندازه گیری با کیفیت و کارآمد گران است، که در واقع منجر به رد اندازه گیری حجم مصرف جریان راکتیو در زندگی روزمره می شود.

برعکس، در تأسیسات تجاری بزرگ، حجم مصرف انرژی راکتیو بسیار بیشتر است (به دلیل فراوانی تجهیزات برق عرضه شده با موتورهای الکتریکی قدرتمند، ترانسفورماتورها و سایر عناصر تولید کننده جریان راکتیو)، بنابراین، اندازه گیری جداگانه برای آنها معرفی شده است. .

چگونه الکتریسیته فعال و راکتیو در نظر گرفته می شود

اکثر تولید کنندگان کنتور برق برای شرکت ها یک الگوریتم ساده را پیاده سازی می کنند.

Q = (S 2 - P 2) 1/2

در اینجا، توان اکتیو P از کل توان S کم می شود (به شکلی که به راحتی قابل درک است).

بنابراین، سازنده مجبور نیست حسابداری کاملاً جداگانه را سازماندهی کند.

cosφ چیست (کسینوس فی)

برای بیان عددی نسبت توان فعال و راکتیو از ضریب خاصی استفاده می شود - کسینوس فی.

با فرمول محاسبه می شود.

cosφ = P act / P کامل

جایی که توان ظاهری مجموع فعال و راکتیو است.

همین عامل در پلاک ابزارهای برقی مجهز به موتور نشان داده شده است. در این مورد، cosφ برای تخمین پیک مصرف برق استفاده می شود. به عنوان مثال، توان نامی دستگاه 600 وات، و cosφ = 0.7 (میانگین برای اکثریت قریب به اتفاق ابزارهای برقی) است، سپس پیک توان مورد نیاز برای راه اندازی موتور الکتریکی به صورت Pnom / cosϕ، = 600 W / در نظر گرفته می شود. 0.7 = 857 VA (قدرت راکتیو بر حسب ولت آمپر بیان می شود).

کاربرد جبران کننده های توان راکتیو

به منظور تحریک مصرف‌کنندگان به بهره‌برداری از شبکه بدون بار راکتیو، تامین‌کنندگان برق یک تعرفه پرداختی اضافی برای توان راکتیو در نظر می‌گیرند، اما تنها در صورتی که میانگین مصرف ماهانه از یک ضریب معین تجاوز کند، به عنوان مثال، اگر نسبت توان کامل و اکتیو بیشتر باشد، از آنها شارژ می‌شود. بیش از 0.9 است، صورتحساب توان راکتیو نمایش داده نمی شود.

به منظور کاهش هزینه ها، شرکت ها تجهیزات ویژه - جبران کننده ها را نصب می کنند. آنها می توانند دو نوع باشند (طبق اصل عملکرد):

• خازنی؛
• القائی.

ویژگی های قدرت یک تاسیسات یا شبکه برای اکثر دستگاه های الکتریکی شناخته شده اساسی است. توان فعال (انتقال شده، مصرف شده) بخشی از کل توان را مشخص می کند که در یک دوره معین از فرکانس جریان متناوب منتقل می شود.

تعریف

توان اکتیو و راکتیو فقط می تواند با جریان متناوب باشد، زیرا ویژگی های شبکه (جریان و ولتاژ) برای جریان مستقیم همیشه برابر است. واحد اندازه گیری توان اکتیو وات است در حالی که توان راکتیو ولتامپر راکتیو و کیلو وار (kVAR) است. لازم به ذکر است که هر دو ویژگی کل و فعال را می توان بر حسب کیلو وات و کیلو ولت آمپر اندازه گیری کرد، این بستگی به پارامترهای یک دستگاه و شبکه خاص دارد. در مدارهای صنعتی، اغلب با کیلووات اندازه گیری می شود.

مهندسی برق از یک جزء فعال به عنوان اندازه گیری انتقال انرژی توسط دستگاه های الکتریکی استفاده می کند. در نظر بگیرید که برخی از آنها چقدر برق مصرف می کنند:

بر اساس آنچه گفته شد، توان اکتیو یک مشخصه مثبت یک مدار الکتریکی خاص است که یکی از پارامترهای اصلی برای انتخاب وسایل الکتریکی و کنترل مصرف برق است.

تعیین جزء واکنشی:

این یک مقدار اسمی است که بارها را در دستگاه های الکتریکی با استفاده از نوسانات و تلفات EMI در حین کار دستگاه مشخص می کند. به عبارت دیگر، انرژی منتقل شده به یک مبدل راکتیو خاص (این یک خازن، یک پل دیودی و غیره است) منتقل می شود و تنها در صورتی ظاهر می شود که سیستم شامل این جزء باشد.

پرداخت

برای پیدا کردن نشانگر توان فعال، باید توان کل را بدانید، برای محاسبه آن، از فرمول زیر استفاده می شود:

S = U \ I که U ولتاژ شبکه و I جریان اصلی است.

همین محاسبه هنگام محاسبه سطح انتقال انرژی سیم پیچ هنگام اتصال متقارن انجام می شود. نمودار به شکل زیر است:

محاسبه توان اکتیو زاویه فاز یا ضریب (cos φ) را در نظر می گیرد، سپس:

S = U * I * cos φ.

یک عامل بسیار مهم این است که این کمیت الکتریکی می تواند مثبت یا منفی باشد. بستگی به این دارد که cos φ چه ویژگی هایی داشته باشد. اگر زاویه فاز یک جریان سینوسی در محدوده 0 تا 90 درجه باشد، توان فعال مثبت است، اگر از 0 تا -90 باشد، آنگاه منفی است. این قانون فقط برای جریان سنکرون (سینوسی) معتبر است (برای عملکرد موتور ناهمزمان، ماشین ابزار استفاده می شود).

همچنین یکی از ویژگی های مشخصه این مشخصه این است که در مدار سه فاز (مثلاً ترانسفورماتور یا ژنراتور) نشانگر فعال به طور کامل در خروجی تولید می شود.

حداکثر و توان فعال P، توان راکتیو - Q تعیین می شود.

با توجه به اینکه راکتیو با حرکت و انرژی میدان مغناطیسی تعیین می شود، فرمول آن (با در نظر گرفتن زاویه فاز) به شکل زیر است:

Q L = U L I = I 2 x L

برای جریان های غیر سینوسی، انتخاب پارامترهای استاندارد شبکه بسیار دشوار است. برای تعیین مشخصات مورد نیاز برای محاسبه توان اکتیو و راکتیو از دستگاه های اندازه گیری مختلفی استفاده می شود. این یک ولت متر، آمپر متر و دیگران است. بر اساس سطح بار، فرمول مورد نیاز انتخاب می شود.

با توجه به اینکه مشخصه های راکتیو و اکتیو به توان کل مربوط می شوند نسبت (تعادل) آنها به صورت زیر است:

S = √P 2 + Q 2 و همه آن برابر U * I است.

اما اگر جریان مستقیماً از راکتانس عبور کند. سپس هیچ ضرری در شبکه وجود ندارد. این مولفه القایی القایی - C و مقاومت - L را تعیین می کند. این شاخص ها با فرمول های زیر محاسبه می شوند:

مقاومت القایی: x L = ωL = 2πfL،

مقاومت خازنی: xc = 1 / (ωC) = 1 / (2πfC).

برای تعیین نسبت توان اکتیو و راکتیو از ضریب خاصی استفاده می شود. این یک پارامتر بسیار مهم است که با استفاده از آن می توانید تعیین کنید که چه مقدار از انرژی برای اهداف دیگر استفاده می شود یا در طول کار دستگاه "هدر می رود".

اگر یک جزء راکتیو فعال در شبکه وجود داشته باشد، ضریب توان باید محاسبه شود. این مقدار هیچ واحد اندازه گیری ندارد، اگر سیستم الکتریکی حاوی عناصر راکتیو باشد، مصرف کننده جریان خاصی را مشخص می کند. با کمک این نشانگر مشخص می شود که انرژی نسبت به ولتاژ شبکه در کدام جهت و چگونه حرکت می کند. برای انجام این کار، به نمودار مثلث ولتاژ نیاز دارید:

به عنوان مثال، در حضور خازن، فرمول ضریب به صورت زیر است:

cos φ = r / z = P / S

برای به دست آوردن دقیق ترین نتایج، توصیه می شود داده های به دست آمده را گرد نکنید.

جبران خسارت

با توجه به اینکه در رزونانس جریان ها، توان راکتیو 0 است:

Q = QL - QC = ULI - UCI

به منظور بهبود کیفیت یک دستگاه خاص، از دستگاه های خاصی برای به حداقل رساندن تأثیر تلفات بر روی شبکه استفاده می شود. به طور خاص، این یک یو پی اس است. این دستگاه نیازی به مصرف کننده های الکتریکی با باتری داخلی (مثلاً لپ تاپ یا دستگاه های قابل حمل) ندارد، اما برای بیشتر بقیه، یک منبع تغذیه بدون وقفه ضروری است.

هنگام نصب چنین منبعی، نه تنها می توانید عواقب منفی تلفات را تعیین کنید، بلکه هزینه پرداخت برق را نیز کاهش دهید. کارشناسان ثابت کرده اند که به طور متوسط، یو پی اس به شما کمک می کند بین 20 تا 50 درصد صرفه جویی کنید. چرا این اتفاق می افتد:

سیم ها کمتر گرم می شوند، این نه تنها تأثیر مثبتی بر کار آنها دارد، بلکه ایمنی را نیز افزایش می دهد.

سیگنالینگ و دستگاه های رادیویی تداخل را کاهش می دهند.

هارمونیک ها در شبکه الکتریکی به ترتیبی از قدر کاهش می یابد.

در برخی موارد، متخصصان از یو پی اس های تمام عیار استفاده نمی کنند، بلکه از خازن های جبران کننده ویژه استفاده می کنند. آنها برای مصارف خانگی مناسب هستند و در هر فروشگاه لوازم برقی موجود و فروخته می شوند. تمام فرمول های فوق را می توان برای محاسبه پس انداز برنامه ریزی شده و تحقق یافته استفاده کرد.

از نامه مشتری:
به خاطر خدا به من بگویید چرا قدرت UPS با ولت آمپر نشان داده شده است و نه با کیلووات معمولی. این خیلی آزاردهنده است. از این گذشته ، همه مدتهاست به کیلووات عادت کرده اند. و قدرت همه دستگاه ها عمدتاً بر حسب کیلو وات نشان داده شده است.
الکسی. 21 ژوئن 2007

مشخصات فنی هر UPS قدرت ظاهری [kVA] و توان فعال [kW] را نشان می دهد - آنها ظرفیت بار UPS را مشخص می کنند. به عنوان مثال، عکس های زیر را ببینید:

قدرت همه دستگاه ها با وات نشان داده نمی شود، به عنوان مثال:

• قدرت ترانسفورماتورها در VA نشان داده شده است:
  http://www.mstator.ru/products/sonstige/powertransf (ترانسفورماتورهای TP: به پیوست مراجعه کنید)
  http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (ترانسفورماتورهای TSGL: به پیوست مراجعه کنید)
• قدرت خازن در Vary نشان داده شده است:
  http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (خازن های K78-39: به پیوست مراجعه کنید)
  http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (خازن های بریتانیا: به پیوست مراجعه کنید)
• نمونه هایی از بارهای دیگر - پیوست های زیر را ببینید.

مشخصه های توان بار را می توان با یک پارامتر واحد (قدرت فعال بر حسب W) فقط برای جریان مستقیم تنظیم کرد، زیرا تنها یک نوع مقاومت در مدار جریان مستقیم وجود دارد - مقاومت فعال.

ویژگی های قدرت بار برای مورد جریان متناوب را نمی توان با یک پارامتر به طور دقیق تنظیم کرد، زیرا دو نوع مقاومت مختلف در مدار جریان متناوب وجود دارد - فعال و راکتیو. بنابراین، تنها دو پارامتر: توان اکتیو و توان راکتیو به طور دقیق بار را مشخص می کند.

اصل عملکرد مقاومت های فعال و راکتیو کاملاً متفاوت است. مقاومت فعال - به طور برگشت ناپذیر انرژی الکتریکی را به انواع دیگر انرژی (گرما، نور و غیره) تبدیل می کند - مثال ها: لامپ رشته ای، بخاری برقی (بند 39، درجه فیزیک 11 V.A.Kasyanov M .: Bustard، 2007).

مقاومت واکنشی - به طور متناوب انرژی را جمع می کند سپس آن را به شبکه باز می گرداند - مثال ها: خازن، سلف (بند 40،41، فیزیک درجه 11 V.A.Kasyanov M.: Drofa، 2007).

علاوه بر این در هر کتاب درسی مهندسی برق، می توانید بخوانید که توان فعال (تلف شده توسط یک مقاومت فعال) با وات اندازه گیری می شود و توان راکتیو (که در یک راکتانس در گردش است) با vars اندازه گیری می شود. همچنین، برای مشخص کردن قدرت بار، از دو پارامتر دیگر استفاده می شود: توان کل و ضریب توان. همه این 4 پارامتر:

1. قدرت فعال: تعیین پ، واحد: وات
2. توان راکتیو: تعیین س، واحد: Var(ولت آمپر راکتیو)
3. قدرت ظاهری: تعیین اس، واحد: VA(ولت آمپر)
4. ضریب قدرت: تعیین کیا cosФواحد اندازه گیری: کمیت بدون بعد

این پارامترها با نسبت ها مرتبط هستند: S * S = P * P + Q * Q، cosФ = k = P / S

همچنین cosФضریب توان نامیده می شود ( ضریب قدرت – PF)

بنابراین، در مهندسی برق، هر دو از این پارامترها برای مشخصه قدرت تنظیم می شود، زیرا بقیه را می توان از این دو پیدا کرد.

به عنوان مثال، موتورهای الکتریکی، لامپ ها (تخلیه) - در آن ها. داده ها P [kW] و cosF را نشان می دهد:
http://www.mez.by/dvigatel/air_table2.shtml (موتورهای هوا: به پیوست مراجعه کنید)
http://www.mscom.ru/katalog.php?num=38 (لامپ های DRL: به پیوست مراجعه کنید)
(برای نمونه هایی از داده های فنی برای بارهای مختلف به پیوست زیر مراجعه کنید)

در مورد منابع تغذیه هم همینطور است. توان آنها (ظرفیت بار) با یک پارامتر برای منابع تغذیه DC - توان فعال (W) و دو پارامتر برای منبع مشخص می شود. منبع تغذیه AC. به طور معمول این دو پارامتر توان ظاهری (VA) و فعال (W) هستند. به عنوان مثال پارامترهای مجموعه ژنراتور و UPS را ببینید.

اکثر لوازم اداری و خانگی فعال هستند (بدون واکنش یا کم)، بنابراین قدرت آنها بر حسب وات نشان داده می شود. در این حالت هنگام محاسبه بار از مقدار وات یو پی اس استفاده می شود. اگر بار کامپیوترهایی با منابع تغذیه (PSU) بدون تصحیح ضریب توان ورودی (APFC)، چاپگر لیزری، یخچال، تهویه مطبوع، موتور الکتریکی (به عنوان مثال، یک پمپ شناور یا یک موتور در ابزار ماشین)، لامپ های فلورسنت بالاست باشد. و غیره - همه خروجی ها در محاسبات استفاده می شوند. داده های UPS: kVA، kW، ویژگی های اضافه بار و غیره

به عنوان مثال به آموزش های مهندسی برق مراجعه کنید:

1. Evdokimov FE مبانی نظری مهندسی برق. - م .: مرکز انتشارات "آکادمی"، 2004.

2. Nemtsov MV مهندسی برق و الکترونیک. - م .: مرکز انتشارات "آکادمی"، 2007.

3. Fretedov LA مهندسی برق. - م .: دبیرستان، 1989.

همچنین به برق متناوب، ضریب توان، مقاومت الکتریکی، راکتانس http://en.wikipedia.org مراجعه کنید.
(ترجمه: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)

ضمیمه

مثال 1: قدرت ترانسفورماتورها و اتوترانسفورماتورها بر حسب VA (ولت آمپر) نشان داده شده است.

http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (ترانسفورماتورهای TSGL)

اتوترانسفورماتورهای تک فاز
TDGC2-0.5 کیلوولت آمپر، 2A		AOSN-2-220-82
TDGC2-1.0 kVa، 4A	آخر 1.25	AOSN-4-220-82
TDGC2-2.0 kVa، 8A	آخر 2.5	AOSN-8-220-82
TDGC2-3.0 kVa، 12A
TDGC2-4.0 kVa، 16A
TDGC2-5.0 kVa، 20A		AOSN-20-220
TDGC2-7.0 kVa، 28A
TDGC2-10 kVa، 40A		AOMN-40-220
TDGC2-15 kVa، 60A
TDGC2-20 kVa، 80A

http://www.gstransformers.com/products/voltage-regulators.html (اتوترانسفورماتورهای آزمایشگاهی LATR / TDGC2)

مثال 2: قدرت خازن ها با واراس نشان داده شده است (ولت آمپر راکتیو)

http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (خازن K78-39)

http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (خازن های بریتانیا)

مثال 3: اطلاعات فنی موتورهای الکتریکی شامل توان اکتیو (کیلووات) و cosF است

برای بارهایی مانند موتورهای الکتریکی، لامپ ها (دشارژ)، منابع تغذیه کامپیوتر، بارهای ترکیبی و غیره - داده های فنی P [kW] و cosF (قدرت فعال و ضریب توان) یا S [kVA] و cosF (قدرت ظاهری و توان ضریب توان).

http://www.weiku.com/products/10359463/Stainless_Steel_cutting_machine.html
(بار ترکیبی - دستگاه برش پلاسما فولاد / برش پلاسما اینورتر LGK160 (IGBT)

http://www.silverstonetek.com.tw/product.php?pid=365&area=en (منبع تغذیه کامپیوتر)

پیوست 1

اگر بار دارای ضریب توان بالا (0.8 ... 1.0) باشد، خواص آن به بار فعال نزدیک می شود. چنین باری هم برای خط شبکه و هم برای منابع برق ایده آل است، زیرا جریان های راکتیو و توان را در سیستم تولید نمی کند.

بنابراین در بسیاری از کشورها استانداردهایی اتخاذ شده است که ضریب توان تجهیزات را تنظیم می کند.

ضمیمه 2

تجهیزات تک بار (مثلاً یک منبع تغذیه رایانه شخصی) و چند جزئی ترکیبی (مثلاً یک دستگاه فرز صنعتی با چندین موتور، یک رایانه شخصی، روشنایی و غیره) دارای ضریب توان پایین (کمتر از 0.8) داخلی هستند. واحدها (به عنوان مثال، یکسو کننده منبع تغذیه رایانه شخصی یا یک موتور الکتریکی دارای ضریب توان 0.6 ... 0.8 است). بنابراین، امروزه اکثر تجهیزات دارای بلوک ورودی تصحیح کننده ضریب توان هستند. در این حالت ضریب توان ورودی 0.9 ... 1.0 است که مطابق با استانداردهای نظارتی است.

ضمیمه 3. اطلاعیه مهم در مورد ضریب قدرت یو پی اس و تنظیم کننده های ولتاژ

ظرفیت بار UPS و DGS به یک بار صنعتی استاندارد (ضریب توان 0.8 با کاراکتر القایی) نرمال شده است. به عنوان مثال، یک یو پی اس 100 کیلو ولت آمپر / 80 کیلو وات. این بدان معناست که دستگاه می تواند یک بار مقاومتی با حداکثر توان 80 کیلو وات و یا یک بار مختلط (راکتیو - راکتیو) با حداکثر توان 100 کیلو ولت آمپر با ضریب توان القایی 0.8 تامین کند.

در تثبیت کننده های ولتاژ وضعیت متفاوت است. برای تثبیت کننده، ضریب توان بار بی ربط است. به عنوان مثال، یک تثبیت کننده ولتاژ 100 کیلوولت آمپر. این بدان معناست که دستگاه می تواند یک بار مقاومتی با حداکثر توان 100 کیلو وات یا هر نوع دیگر (کاملا فعال، کاملا راکتیو، مختلط) با توان 100 کیلو ولت آمپر یا 100 کیلووار با هر ضریب توان خازنی یا القایی را تامین کند. توجه داشته باشید که این برای بارهای خطی (بدون هارمونیک جریان بالاتر) صادق است. با اعوجاج هارمونیک زیاد جریان بار (THD بالا)، توان خروجی تثبیت کننده کاهش می یابد.

ضمیمه 4

نمونه های گویا از بارهای راکتیو فعال و خالص:

• یک لامپ رشته ای 100 وات به جریان متناوب 220 VAC متصل است - یک جریان رسانایی در همه جای مدار (از طریق هادی سیم ها و موهای تنگستن لامپ) وجود دارد. مشخصات بار (لامپ): توان S = P ~ = 100 VA = 100 وات، PF = 1 => تمام توان الکتریکی فعال است، به این معنی که به طور کامل در لامپ جذب شده و به انرژی گرما و نور تبدیل می شود.
• یک خازن غیر قطبی 7 μF به شبکه AC 220 VAC متصل است - یک جریان رسانایی در مدار سیم وجود دارد، یک جریان بایاس در داخل خازن (از طریق دی الکتریک) جریان می یابد. مشخصات بار (خازن): توان S = Q ~ = 100 VA = 100 VAR، PF = 0 => تمام توان الکتریکی راکتیو است، به این معنی که دائما از منبع به بار و برگشت، دوباره به بار و غیره در گردش است. .

ضمیمه 5

برای نشان دادن راکتانس غالب (القایی یا خازنی)، علامت به ضریب توان اختصاص داده می شود:

+ (به علاوه)- اگر راکتانس کل القایی باشد (مثال: PF = + 0.5). فاز فعلی با یک زاویه F از فاز ولتاژ عقب است.

- (منهای)- اگر راکتانس کل خازنی باشد (مثال: PF = -0.5). فاز فعلی با زاویه F جلوتر از فاز ولتاژ است.

پیوست 6

سوالات تکمیلی

سوال 1:
چرا اعداد / کمیت های خیالی (مثلا توان راکتیو، راکتانس و غیره) که در واقعیت وجود ندارند، در تمام کتاب های درسی مهندسی برق هنگام محاسبه مدارهای AC استفاده می شود؟

پاسخ:
بله، تمام مقادیر منفرد در دنیای اطراف واقعی هستند. از جمله دما، راکتانس و غیره. استفاده از اعداد خیالی (مختلط) فقط یک ترفند ریاضی است که محاسبات را آسان می کند. در نتیجه محاسبه، یک عدد لزوما واقعی به دست می آید. مثال: توان راکتیو بار (خازن) 20kVAr جریان واقعی انرژی است، یعنی وات واقعی در مدار منبع-بار در گردش است. اما به منظور تمایز این وات ها از وات ها که به طور جبران ناپذیری توسط بار جذب می شوند، تصمیم گرفته شد که این "وات های در گردش" را ولت های راکتیو · آمپر نامیده شوند.

اظهار نظر:
پیش از این، تنها کمیت های منفرد در فیزیک استفاده می شد و در محاسبات، همه کمیت های ریاضی با کمیت های واقعی جهان اطراف مطابقت داشتند. به عنوان مثال، مسافت برابر است با سرعت بار زمان (S = v * t). سپس، با توسعه فیزیک، یعنی با مطالعه اجسام پیچیده تر (نور، امواج، جریان الکتریکی متناوب، اتم، فضا و غیره) تعداد زیادی از مقادیر فیزیکی ظاهر شد که محاسبه هر یک به طور جداگانه غیرممکن شد. . این فقط یک مشکل محاسبات دستی نیست، بلکه مشکل کامپایل برنامه های کامپیوتری نیز هست. برای حل این مشکل، کمیت‌های منفرد نزدیک با پیروی از قوانین تبدیل شناخته شده در ریاضیات، با کمیت‌های پیچیده‌تر (شامل 2 یا چند کمیت منفرد) ترکیب شدند. اینگونه است که کمیت های اسکالر (تک) (دما و غیره)، بردار و مختلط دو برابر شده (امپدانس و غیره)، سه گانه برداری (بردار میدان مغناطیسی و غیره) و کمیت های پیچیده تر - ماتریس ها و تانسورها (تانسور ثابت دی الکتریک) ، تانسور ریچی و غیره). برای ساده کردن محاسبات در مهندسی برق، از مقادیر دوگانه خیالی (مختلط) زیر استفاده می شود:

1. امپدانس (امپدانس) Z = R + iX
2. قدرت ظاهری S = P + iQ
3. ثابت دی الکتریک e = e "+ ie"
4. نفوذپذیری مغناطیسی m = m "+ im"
5. و غیره.

سوال 2:

صفحه http://en.wikipedia.org/wiki/Ac_power S P Q Ф را در یک مجتمع، یعنی یک صفحه خیالی/غیر موجود نشان می دهد. همه اینها چه ربطی به واقعیت دارد؟

پاسخ:
انجام محاسبات با سینوسی های واقعی دشوار است، بنابراین، برای ساده کردن محاسبات، از یک نمایش برداری (پیچیده) مانند شکل 1 استفاده می شود. در بالا. اما این بدان معنا نیست که S PQ نشان داده شده در شکل هیچ ارتباطی با واقعیت ندارد. مقادیر واقعی S PQ را می توان به شکل معمول، بر اساس اندازه گیری سیگنال های سینوسی با یک اسیلوسکوپ نشان داد. مقادیر S P Q Ф I U در مدار جریان متناوب "بار منبع" به بار بستگی دارد. در زیر نمونه‌ای از سیگنال‌های سینوسی واقعی S PQ و Ф برای مورد بار متشکل از مقاومت‌های فعال و واکنشی (القایی) متصل به سری آورده شده است.

سوال 3:
با گیره های جریان معمولی و یک مولتی متر، جریان بار 10 آمپر و ولتاژ در بار 225 ولت است. ضرب می شود و توان بار را در وات می گیریم: 10 A 225 V = 2250 W.

پاسخ:
شما کل توان بار 2250 VA را دریافت کرده اید (محاسبه شده است). بنابراین، پاسخ شما تنها در صورتی درست خواهد بود که بار شما کاملاً فعال باشد، پس واقعاً ولت · آمپر برابر با وات است. برای همه انواع دیگر بارها (به عنوان مثال، یک موتور الکتریکی) - نه. برای اندازه گیری تمام ویژگی های هر بار دلخواه، باید از یک تحلیلگر شبکه استفاده کنید، به عنوان مثال APPA137:

برای مثال به ادبیات اضافی مراجعه کنید:

Evdokimov F.E. مبانی نظری مهندسی برق. - م .: مرکز انتشارات "آکادمی"، 2004.

Nemtsov M.V. مهندسی برق و الکترونیک. - م .: مرکز انتشارات "آکادمی"، 2007.

Fretedov L.A. مهندسی برق. - م .: دبیرستان، 1989.

توان AC، ضریب توان، مقاومت الکتریکی، راکتانس
http://en.wikipedia.org (ترجمه: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)

تئوری و محاسبه ترانسفورماتورهای کم مصرف Yu.N. Starodubtsev / RadioSoft Moscow 2005 / rev d25d5r4feb2013

در عین حال، دو شاخص متمایز می شوند که نشان دهنده هزینه های قدرت کامل در هنگام سرویس دهی به مصرف کننده است. این شاخص ها انرژی فعال و واکنش پذیر نامیده می شوند. قدرت ظاهری حاصل جمع این دو است. ما سعی می کنیم در این مقاله به شما بگوییم که برق اکتیو و راکتیو چیست و چگونه می توان میزان پرداخت های تعهدی را بررسی کرد.

قدرت کامل

طبق رویه ایجاد شده، مصرف کنندگان نه برای ظرفیت مفیدی که مستقیماً در مزرعه استفاده می شود، بلکه برای ظرفیت کامل که توسط تأمین کننده آزاد می شود، پرداخت می کنند. این شاخص ها با واحدهای اندازه گیری متمایز می شوند - توان ظاهری با ولت آمپر (VA) و توان مفید با کیلووات اندازه گیری می شود. برق اکتیو و راکتیو توسط تمام وسایل برقی که از شبکه تغذیه می شوند استفاده می شود.

برق فعال

جزء فعال کل توان کار مفیدی انجام می دهد و به انواع انرژی مورد نیاز مصرف کننده تبدیل می شود. برای برخی از لوازم برقی خانگی و صنعتی در محاسبات، توان اکتیو و ظاهری یکسان است. از جمله این وسایل می توان به اجاق های برقی، لامپ های رشته ای، اجاق های برقی، بخاری، اتو و غیره اشاره کرد.

اگر قدرت فعال 1 کیلو وات در گذرنامه نشان داده شده باشد، کل قدرت چنین دستگاهی 1 کیلو ولت آمپر خواهد بود.

مفهوم الکتریسیته راکتیو

این نوع الکتریسیته در مدارهایی که حاوی عناصر راکتیو هستند ذاتی است. الکتریسیته راکتیو بخشی از کل توان عرضه شده است که برای کار مفید مصرف نمی شود.

در مدارهای جریان مستقیم، مفهوم توان راکتیو وجود ندارد. در مدارها، جزء راکتیو تنها زمانی رخ می دهد که بار القایی یا خازنی وجود داشته باشد. در این حالت، عدم تطابق بین فاز فعلی و فاز ولتاژ وجود دارد. این تغییر فاز بین ولتاژ و جریان با علامت "φ" نشان داده می شود.

با یک بار القایی، یک تاخیر فاز در مدار مشاهده می شود، با یک بار خازنی - سرب آن. بنابراین تنها بخشی از کل توان به مصرف کننده می رسد و تلفات اصلی به دلیل گرم شدن بی فایده دستگاه ها و دستگاه ها در حین کار رخ می دهد.

تلفات برق به دلیل وجود سیم پیچ ها و خازن های القایی در دستگاه های الکتریکی رخ می دهد. به دلیل آنها، الکتریسیته برای مدتی در مدار جمع می شود. پس از آن انرژی ذخیره شده به مدار باز می گردد. وسایلی که شامل یک جزء راکتیو الکتریسیته هستند عبارتند از ابزارهای برقی قابل حمل، موتورهای الکتریکی و لوازم خانگی مختلف. این مقدار با در نظر گرفتن یک ضریب توان ویژه محاسبه می شود که به آن cos φ می گویند.

محاسبه الکتریسیته راکتیو

ضریب توان از 0.5 تا 0.9 متغیر است. مقدار دقیق این پارامتر را می توان در پاسپورت دستگاه برقی یافت. توان ظاهری باید به عنوان ضریب توان فعال تقسیم بر ضریب تعیین شود.

به عنوان مثال، اگر در گذرنامه یک مته برقی قدرت 600 وات و مقدار 0.6 ذکر شده باشد، کل توان مصرفی دستگاه 600/06، یعنی 1000 VA خواهد بود. در صورت عدم وجود پاسپورت برای محاسبه توان کل دستگاه، ضریب را می توان برابر با 0.7 در نظر گرفت.

از آنجایی که یکی از وظایف اصلی سیستم های منبع تغذیه موجود، رساندن توان مفید به مصرف کننده نهایی است، تلفات توان راکتیو یک عامل منفی در نظر گرفته می شود و افزایش این شاخص، کارایی مدار الکتریکی را به طور کلی مورد تردید قرار می دهد. . توازن توان اکتیو و راکتیو در یک مدار را می توان در قالب این تصویر خنده دار تجسم کرد:

مقدار ضریب هنگام در نظر گرفتن تلفات

هر چه مقدار ضریب توان بیشتر باشد، تلفات برق فعال کمتر خواهد بود - به این معنی که مصرف کننده نهایی انرژی الکتریکی مصرف شده کمی کمتر هزینه خواهد داشت. به منظور افزایش مقدار این ضریب، مهندسی برق از تکنیک های مختلفی برای جبران تلفات نامناسب برق استفاده می کند. دستگاه های جبران کننده، مولدهای جریان پیشرو هستند که زاویه فاز بین جریان و ولتاژ را صاف می کنند. گاهی اوقات از بانک های خازنی برای همین منظور استفاده می شود. آنها به صورت موازی به مدار کار متصل می شوند و به عنوان جبران کننده سنکرون استفاده می شوند.

محاسبه هزینه برق برای مشتریان خصوصی

برای استفاده فردی، برق فعال و راکتیو در حساب ها تفکیک نشده است - از نظر مصرف، سهم انرژی راکتیو کم است. بنابراین، مشترکین خصوصی با مصرف برق تا 63 A یک قبض پرداخت می کنند که در آن تمام برق مصرفی فعال در نظر گرفته می شود. تلفات اضافی در مدار برای الکتریسیته راکتیو به طور جداگانه تخصیص یا پرداخت نمی شود.

اندازه گیری برق راکتیو برای شرکت ها

بنگاه ها و سازمان ها بحث دیگری است. تعداد زیادی تجهیزات الکتریکی در تاسیسات تولیدی و کارگاه های صنعتی نصب شده است و در کل برق ورودی بخش قابل توجهی از انرژی راکتیو وجود دارد که برای کارکرد منابع تغذیه و موتورهای الکتریکی ضروری است. برق اکتیو و راکتیو عرضه شده به بنگاه ها و سازمان ها نیازمند تفکیک واضح و روش پرداخت متفاوتی برای آن است. در این حالت مبنای تنظیم روابط بین تامین کننده برق و مصرف کنندگان نهایی یک قرارداد استاندارد است. طبق قوانین تعیین شده در این سند، سازمان هایی که برق بیش از 63 A مصرف می کنند به دستگاه خاصی نیاز دارند که قرائت انرژی راکتیو را برای اندازه گیری و پرداخت ارائه دهد.
شرکت شبکه یک کنتور برق راکتیو نصب می‌کند و بر اساس قرائت‌های آن هزینه پرداخت می‌کند.

نسبت انرژی راکتیو

همانطور که قبلا ذکر شد، برق فعال و راکتیو در خطوط جداگانه در فاکتورها نشان داده شده است. اگر نسبت حجم برق راکتیو و مصرفی از هنجار تعیین شده تجاوز نکند، پرداخت برای انرژی راکتیو شارژ نمی شود. ضریب نسبت را می توان به روش های مختلف بیان کرد، مقدار متوسط ​​آن 0.15 است. اگر از این مقدار آستانه تجاوز شود، به شرکت مصرف کننده توصیه می شود دستگاه های جبرانی نصب کند.

انرژی راکتیو در ساختمان های آپارتمانی

یک مصرف کننده معمولی برق یک ساختمان آپارتمان با فیوز اصلی است که بیش از 63 آمپر مصرف می کند. بنابراین، مستاجران یک ساختمان آپارتمانی در اقلام تعهدی فقط برای برق کامل عرضه‌شده به خانه توسط تامین‌کننده می‌بینند. همین قاعده در مورد تعاونی های مسکن نیز صدق می کند.

موارد خاص اندازه گیری توان راکتیو

مواقعی وجود دارد که هم سازمان های تجاری و هم آپارتمان ها در یک ساختمان چند طبقه وجود دارد. عرضه برق به چنین خانه هایی توسط قوانین جداگانه تنظیم می شود. به عنوان مثال، اندازه منطقه قابل استفاده می تواند به عنوان یک تقسیم عمل کند. اگر سازمان های تجاری کمتر از نیمی از مساحت قابل استفاده در یک ساختمان آپارتمان را اشغال کنند، هزینه انرژی راکتیو پرداخت نمی شود. اگر از درصد آستانه فراتر رفته باشد، تعهدات پرداخت برای برق راکتیو ایجاد می شود.

در برخی موارد، ساختمان های مسکونی از پرداخت هزینه انرژی راکتیو معاف نیستند. به عنوان مثال، اگر نقاط اتصال آسانسور برای آپارتمان ها در خانه نصب شده باشد، هزینه استفاده از برق راکتیو به طور جداگانه و فقط برای این تجهیزات انجام می شود. صاحبان آپارتمان هنوز فقط برای برق فعال پرداخت می کنند.

درک ماهیت انرژی فعال و راکتیو امکان محاسبه صحیح اثر اقتصادی نصب دستگاه های جبرانی مختلف را فراهم می کند که تلفات ناشی از بار راکتیو را کاهش می دهد. طبق آمار، چنین دستگاه هایی امکان افزایش مقدار cos φ را از 0.6 به 0.97 می دهند. بنابراین، دستگاه های جبران کننده خودکار به صرفه جویی تا یک سوم از برق ارائه شده به مصرف کننده کمک می کند. کاهش قابل توجه تلفات حرارتی باعث افزایش طول عمر دستگاه ها و مکانیزم ها در سایت های تولید و کاهش هزینه تمام شده محصولات می شود.