Dependența generală a energiei electrice de curentul și tensiunea electrică este cunoscută de mult timp: acesta este un produs. Înmulțim curentul cu tensiunea - obținem valoarea acestei cantități consumate de circuitul din rețea.
Dar, în realitate, lucrurile s-ar putea să nu fie atât de simple. Pentru că prin simpla înmulțire a tensiunii cu curentul, obținem valoarea puterii aparente. S-ar părea - de asta aveți nevoie! La urma urmei, de obicei suntem interesați de valoarea completă a oricărei cantități.
Cu toate acestea, o astfel de atitudine nu poate fi extinsă la energia electrică, deoarece electricitatea și puterea, pe baza cărora se modifică citirile contorului apartamentului nostru, nu sunt pline, ci active.
Putere activă- aceasta este puterea care se consuma in momentul in care in retea exista atat tensiune cat si un curent electric sincron cu aceasta in acelasi moment. De fapt, în circuitele de curent continuu, cu excepția tranzienților pornit-oprit, exact acest lucru se întâmplă.
Tensiunea „apasă” constant, dacă circuitul este închis, un anumit curent „apasă” constant. Ca urmare, puterea aparentă și cea activă devin egale, deoarece curentul și tensiunea acționează în mod concertat.
Un alt lucru sunt circuitele AC. Tensiunea din ele își schimbă direcția de cincizeci de ori pe secundă, iar curentul ... uneori rămâne în urmă și uneori înaintea tensiunii. De exemplu, dacă există „inductanță” în circuit, adică o bobină de sârmă cu multe spire, atunci curentul pe un astfel de element de circuit va „rămîne în urmă” tensiunii.
Motivul este EMF din spate al auto-inducției care rezistă la schimbarea curentului din bobină. Se dovedește că tensiunea a fost deja aplicată inductorului, iar curentul nu poate crește în niciun fel din cauza interferenței din spate-EMF.
Printre studenții multor universități de electricitate există o astfel de comparație artistică: „Este nevoie de timp pentru ca curentul să treacă prin fiecare tură, iar tensiunea este deja la capetele bobinei”.
FEM de contra-inducție provoacă o cădere de tensiune și o scădere a curentului în circuit. Adică, bobina este o sursă de rezistență inductivă. Dar diferă de rezistența activă prin faptul că nu se generează căldură pe ea și nu se consumă deloc energie în sensul obișnuit.
Există pur și simplu o transfuzie „goală” de electricitate de la sursă la inductanță. Iar energia care este redirecționată înainte și înapoi ca o minge de tenis de masă nu părăsește rețeaua nicăieri. Aceasta este energie reactivă și consumatorul din casă nu trebuie să plătească pentru aceasta companiei de alimentare cu energie.
Energie reactivă, produsă în rețea pe unitatea de timp, poate fi considerată putere reactivă. Se calculează în același mod ca cel activ - prin produsul componentei reactive a curentului și a tensiunii.
Componenta reactivă a curentului este una care nu coincide cu tensiunea în faza sa. Valoarea „nepotrivirii” este caracterizată de unghiul defazării. În cazul inductanței pure, defazarea este de maximum -90°. Aceasta înseamnă că atunci când tensiunea atinge cea mai mare valoare, curentul începe să crească.
Și dacă un condensator (capacitate) este amplasat în circuit, atunci tensiunea, dimpotrivă, va rămâne în urmă cu 90 de grade în urma curentului, datorită faptului că, pentru apariția unei căderi de tensiune, condensatorul trebuie să-și încarce plăcile.
În același mod, o sursă și un condensator din același circuit vor schimba energie reactivă, care nu va fi cheltuită pentru nimic.
Într-un circuit real, nu există o sarcină pur rezistivă sau pur reactivă, astfel încât puterea aparentă constă întotdeauna dintr-o componentă activă și reactivă, iar unghiul de fază este între zero și 90 °.
Componenta reactivă a curentului este egală cu produsul său prin sinusul unghiului de defazare, iar componenta activă este egală cu produsul prin cosinusul acestui unghi:
Q=I*sinφ; P=I*cosφ
Puterea totală poate fi găsită folosind teorema lui Pitagora:
S=√(P^2+Q^2);
În același timp, puterea reactivă, spre deosebire de puterea activă, nu poate fi calculată în wați, deoarece este ineficientă. Prin urmare, pentru puterea reactivă, au venit cu o unitate specială de măsură - volți-amperi reactivi (VAR). Și totalul este măsurat în volți-amperi, fără a specifica natura sarcinii.
„Manual” - informații despre diverse componente electronice: tranzistoare, microcipuri, transformatoare, condensatoare, LED-uri etc. Informațiile conțin tot ceea ce este necesar pentru selectarea componentelor și efectuarea calculelor de inginerie, parametrii, precum și fixarea carcasei, schemele de cablare tipice și recomandări pentru utilizarea elementelor radio.
Pe de o parte, lucrul curentului poate fi calculat cu ușurință, cunoscând puterea curentului, tensiunea și rezistența la sarcină. Formule dureros de familiare de la cursul de fizică școlară arată așa.
Orez. 1. Formule
Și nu există niciun cuvânt despre componenta reactivă.
Pe de altă parte, o serie de procese fizice își impun de fapt propriile caracteristici acestor calcule. Este vorba despre energia reactivă. Problemele cu înțelegerea proceselor reactive vin împreună cu facturile de energie electrică în întreprinderile mari, deoarece în rețelele casnice plătim doar pentru energia activă (mărimile consumului de energie reactivă sunt atât de mici încât sunt pur și simplu neglijate).
Definiții
Pentru a înțelege esența proceselor fizice, să începem cu definiții.
Electricitate activă este energia complet convertibilă furnizată circuitului de la sursa de alimentare. Transformarea poate avea loc în căldură sau într-un alt tip de energie, dar esența rămâne aceeași - energia primită nu se întoarce înapoi la sursă.
Un exemplu de lucru al energiei active: curentul, care trece prin elementul de rezistență, transformă o parte din energie în căldură. Această lucrare perfectă a curentului este activă.
Electricitate reactivă este energia returnată la sursa curentă. Adică curentul primit anterior și luat în calcul de contor, fără a face lucru, se returnează. Printre altele, curentul face un salt (pentru scurt timp, sarcina crește foarte mult).
Este greu de înțeles procesul fără exemple.
Cel mai evident este munca unui condensator. În sine, condensatorul nu transformă electricitatea în muncă utilă, se acumulează și o eliberează. Desigur, dacă o parte din energie este încă cheltuită pentru încălzirea elementului, atunci acesta poate fi considerat activ. Reactiv arată astfel:
1. Când capacitatea este alimentată cu tensiune alternativă, împreună cu o creștere a U, crește și sarcina condensatorului.
2. În momentul în care începe căderea de tensiune (perioada al doilea trimestru pe sinusoid), tensiunea la condensator este mai mare decât cea a sursei. Și astfel condensatorul începe să se descarce, dând energie înapoi circuitului de putere (curentul curge în sens opus).
3. În următoarele două trimestre, situația se repetă complet, doar tensiunea se schimbă în sens invers.
Datorită faptului că condensatorul în sine nu funcționează, tensiunea primită atinge valoarea maximă a amplitudinii (adică √2 \u003d de 1,414 ori mai mult decât curentul de 220V sau 220 1.414 \u003d 311V).
Când se lucrează cu elemente inductive (bobine, transformatoare, motoare electrice etc.), situația este similară. Graficul indicatorilor poate fi văzut în imaginea de mai jos.
Orez. 2. Grafice ale indicatorilor
Datorită faptului că aparatele electrocasnice moderne constau din multe elemente diferite cu și fără efect de putere „reactivă”, curentul reactiv, care curge în direcția opusă, face o treabă foarte reală de încălzire a elementelor active. Astfel, puterea reactivă a circuitului este exprimată în esență în pierderi colaterale și supratensiuni de putere.
Este foarte dificil să separați un indicator de putere de altul în calcule. Și sistemul de contabilitate de înaltă calitate și eficient este scump, ceea ce, de fapt, a dus la refuzul de a măsura volumul de consum al curenților reactivi în viața de zi cu zi.
În marile instalații comerciale, dimpotrivă, volumul consumului de energie reactivă este mult mai mare (datorită abundenței echipamentelor de putere alimentate cu motoare electrice puternice, transformatoare și alte elemente care generează curent reactiv), astfel încât se introduce o contabilitate separată pentru acestea.
Cum se calculează electricitatea activă și reactivă?
Majoritatea producătorilor de contoare de energie electrică pentru întreprinderi implementează un algoritm simplu.
Q \u003d (S 2 - P 2) 1/2
Aici, puterea activă P este scăzută din puterea totală S (într-o formă simplificată).
Astfel, nu este necesar ca producătorul să organizeze o contabilitate complet separată.
Ce este cosϕ (cosinus phi)
Pentru o exprimare numerică a raportului dintre puterea activă și cea reactivă, se folosește un coeficient special - cosinus phi.
Se calculează după formula.
cosϕ = P act / P total
Unde puterea aparentă este suma puterii active și reactive.
Același coeficient este indicat pe plăcuțele de identificare a sculelor electrice echipate cu motoare. În acest caz, cosϕ este utilizat pentru a estima cererea de putere de vârf. De exemplu, puterea nominală a dispozitivului este de 600 W și cosϕ = 0,7 (media pentru marea majoritate a sculelor electrice), atunci puterea de vârf necesară pentru a porni motorul electric va fi considerată ca Pnom / cosϕ, = 600 W. / 0,7 = 857 VA (puterea reactivă este exprimată în volți-amperi).
Aplicarea compensatoarelor de putere reactiva
Pentru a încuraja consumatorii să opereze rețeaua electrică fără sarcină reactivă, furnizorii de energie electrică introduc un tarif suplimentar plătit pentru puterea reactivă, dar percep doar dacă consumul mediu lunar depășește un anumit coeficient, de exemplu, dacă raportul dintre puterea completă și cea activă. este mai mare de 0,9, factura de putere reactivă nu este afișată.
Pentru a reduce costurile, întreprinderile instalează echipamente speciale - compensatoare. Ele pot fi de două tipuri (în conformitate cu principiul de funcționare):
- capacitiv;
- Inductiv.
Caracteristicile de putere ale instalației sau rețelei sunt principalele pentru cele mai cunoscute aparate electrice. Puterea activă (transmisă, consumată) caracterizează partea din puterea totală care este transmisă pe o anumită perioadă de frecvență a curentului alternativ.
Definiție
Puterea activă și reactivă poate fi doar pentru curent alternativ, deoarece caracteristicile rețelei (curent și tensiune) pentru curent continuu sunt întotdeauna egale. Unitatea de măsură a puterii active este Watt, în timp ce unitatea de putere reactivă este voltamperul reactiv și kiloVAR (kVAR). Este de remarcat faptul că atât caracteristicile complete, cât și cele active pot fi măsurate în kW și kVA, depinde de parametrii unui anumit dispozitiv și rețea. În circuitele industriale, cel mai adesea se măsoară în kilowați.
Ingineria electrică folosește componenta activă ca măsură a transferului de energie al aparatelor electrice individuale. Luați în considerare câtă putere consumă unii dintre ei:
Pe baza celor de mai sus, puterea activă este o caracteristică pozitivă a unui anumit circuit electric, care este unul dintre parametrii principali pentru alegerea aparatelor electrice și controlul consumului de energie electrică.
Denumirea componentei reactive:
Aceasta este o valoare nominală care caracterizează sarcinile din dispozitivele electrice folosind fluctuațiile și pierderile EMF în timpul funcționării dispozitivului. Cu alte cuvinte, energia transmisă merge către un anumit convertor reactiv (acesta este un condensator, o punte de diode etc.) și apare doar dacă sistemul include această componentă.
Plată
Pentru a afla indicele de putere activă, este necesar să se cunoască puterea totală, se utilizează următoarea formulă pentru a o calcula:
S = U \ I, unde U este tensiunea rețelei și I este curentul rețelei.
Același calcul se efectuează și la calcularea nivelului de transfer de energie al unei bobine cu o conexiune simetrică. Schema arată astfel:
Calculul puterii active ia în considerare unghiul sau factorul de fază (cos φ), apoi:
S \u003d U * I * cos φ.
Un factor foarte important este că această cantitate electrică poate fi atât pozitivă, cât și negativă. Depinde de ce caracteristici are cos φ. Dacă curentul sinusoidal are un unghi de defazare în intervalul de la 0 la 90 de grade, atunci puterea activă este pozitivă, dacă de la 0 la -90, atunci este negativă. Regula este valabilă numai pentru curentul sincron (sinusoidal) (folosit pentru a acționa un motor asincron, echipament mașină).
De asemenea, una dintre trăsăturile caracteristice ale acestei caracteristici este că într-un circuit trifazat (de exemplu, un transformator sau un generator), indicatorul activ este complet dezvoltat la ieșire.
Maximul și activ este notat cu P, puterea reactivă - Q.
Datorită faptului că reactivul este determinat de mișcarea și energia câmpului magnetic, formula sa (ținând cont de unghiul de defazare) este următoarea:
Q L = U L I = I 2 x L
Pentru curentul nesinusoidal, este foarte dificil să se selecteze parametrii de rețea standard. Pentru a determina caracteristicile necesare pentru a calcula puterea activă și reactivă sunt utilizate diverse dispozitive de măsurare. Acesta este un voltmetru, un ampermetru și altele. În funcție de nivelul de încărcare, se selectează formula dorită.
Datorită faptului că caracteristicile reactive și active sunt legate de puterea aparentă, raportul (echilibrul) acestora este următorul:
S = √P 2 + Q 2 , iar toate acestea sunt egale cu U*I .
Dar dacă curentul trece direct prin reactanță. Nu există pierderi în rețea. Aceasta este determinată de componenta inductivă inductivă - C și rezistență - L. Acești indicatori sunt calculați prin formulele:
Rezistența la inductanță: x L = ωL = 2πfL,
Rezistenta de capacitate: xc = 1/(ωC) = 1/(2πfC).
Un coeficient special este utilizat pentru a determina raportul dintre puterea activă și puterea reactivă. Acesta este un parametru foarte important prin care puteți determina ce parte din energie este utilizată greșit sau „pierdută” în timpul funcționării dispozitivului.
Dacă în rețea există o componentă reactivă activă, trebuie calculat factorul de putere. Această valoare nu are unități de măsură; ea caracterizează un anumit consumator de curent dacă sistemul electric conține elemente reactive. Cu ajutorul acestui indicator, devine clar în ce direcție și cum este deplasată energia în raport cu tensiunea rețelei. Pentru a face acest lucru, aveți nevoie de o diagramă triunghiulară de tensiune:
De exemplu, în prezența unui condensator, formula coeficientului are următoarea formă:
cos φ = r/z = P/S
Pentru a obține rezultate cât mai precise, se recomandă să nu rotunjiți datele primite.
Compensare
Având în vedere că la rezonanța curenților, puterea reactivă este 0:
Q=QL-QC=ULI-UCI
Pentru a îmbunătăți calitatea unui anumit dispozitiv, sunt utilizate dispozitive speciale pentru a minimiza impactul pierderilor asupra rețelei. În special, acesta este UPS-ul. Acest dispozitiv nu are nevoie de consumatori electrici cu baterie încorporată (de exemplu, laptopuri sau dispozitive portabile), dar pentru majoritatea celorlalți este necesară o sursă de alimentare neîntreruptibilă.
Când instalați o astfel de sursă, puteți nu numai să stabiliți consecințele negative ale pierderilor, ci și să reduceți costul plății pentru electricitate. Experții au demonstrat că, în medie, un UPS va ajuta la economisirea de la 20% la 50%. De ce se întâmplă asta:
În unele cazuri, specialiștii nu folosesc UPS-uri cu drepturi depline, ci condensatoare compensatoare speciale. Sunt potrivite pentru uz casnic și sunt disponibile și vândute la fiecare magazin de produse electrice. Toate formulele de mai sus pot fi folosite pentru a calcula economiile planificate și realizate.
Din scrisoarea unui client:
Spune-mi, pentru numele lui Dumnezeu, de ce puterea UPS-ului este indicată în Volți-Amperi, și nu în kilowați obișnuiți pentru toți. Este foarte stresant. La urma urmei, toată lumea a fost de mult obișnuită cu kilowați. Da, iar puterea tuturor dispozitivelor este indicată în principal în kW.
Alexey. 21 iunie 2007
Specificațiile tehnice ale oricărui UPS indică puterea aparentă [kVA] și puterea activă [kW] - ele caracterizează capacitatea de încărcare a UPS-ului. Exemplu, vezi imaginile de mai jos:
 |
Puterea nu tuturor dispozitivelor este indicată în W, de exemplu:
- Puterea transformatoarelor este indicată în VA:
http://www.mstator.ru/products/sonstige/powertransf (transformatoare TP: vezi atașamentul)
http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (transformatoare TSGL: vezi atașamentul) - Puterea condensatoarelor este indicată în Vars:
http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (condensatori K78-39: vezi anexa)
http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (condensatoare din Marea Britanie: vezi atașamentul) - Pentru exemple de alte sarcini, consultați anexele de mai jos.
Caracteristicile de putere ale sarcinii pot fi setate precis cu un singur parametru (putere activă în W) numai în cazul curentului continuu, deoarece există un singur tip de rezistență în circuitul de curent continuu - rezistența activă.
Caracteristicile de putere ale sarcinii pentru cazul curentului alternativ nu pot fi specificate cu exactitate cu un singur parametru, deoarece există două tipuri diferite de rezistență în circuitul de curent alternativ - activ și reactiv. Prin urmare, doar doi parametri: puterea activă și puterea reactivă caracterizează cu exactitate sarcina.
Principiul de funcționare al rezistențelor active și reactive este complet diferit. Rezistență activă - transformă ireversibil energia electrică în alte tipuri de energie (termică, luminoasă etc.) - exemple: lampă cu incandescență, încălzitor electric (paragraful 39, clasa de fizică 11 V.A. Kasyanov M .: Bustard, 2007).
Reactanța - acumulează alternativ energie și apoi o dă înapoi rețelei - exemple: condensator, inductor (paragraful 40.41, clasa de fizică 11 V.A. Kasyanov M .: Bustard, 2007).
Puteți citi mai departe în orice manual de inginerie electrică că puterea activă (disipată în rezistență ohmică) se măsoară în wați, iar puterea reactivă (circulată prin reactanță) este măsurată în vars; Alți doi parametri sunt utilizați și pentru a caracteriza puterea de sarcină: puterea totală și factorul de putere. Toate aceste 4 variante:
- Puterea activă: desemnare P, unitate: Watt
- Putere reactivă: denumire Q, unitate: VAR(Volt Ampere Reactiv)
- Putere brută: desemnare S, unitate: VA(Volt Amperi)
- Factor de putere: denumire k sau cosФ, unitate de măsură: mărime adimensională
Acești parametri sunt legați prin relațiile: S*S=P*P+Q*Q, cosФ=k=P/S
De asemenea cosФ se numește factor de putere ( factor de putere – PF)
Prin urmare, în inginerie electrică, oricare doi dintre acești parametri sunt dați pentru caracteristicile de putere, deoarece restul poate fi găsit din acești doi.
De exemplu, motoare electrice, lămpi (descărcare) - în acelea. datele sunt P[kW] și cosФ:
http://www.mez.by/dvigatel/air_table2.shtml (motoare AIR: vezi atașamentul)
http://www.mscom.ru/katalog.php?num=38 (Lămpi DRL: vezi anexa)
(vezi anexa de mai jos pentru exemple de date tehnice pentru diferite sarcini)
La fel este și cu sursele de alimentare. Puterea lor (capacitatea de sarcină) este caracterizată de un parametru pentru sursele de curent continuu - puterea activă (W) și doi parametri pentru sursă. putere AC. De obicei, acești doi parametri sunt puterea aparentă (VA) și puterea activă (W). Vezi, de exemplu, parametrii generatorului și UPS.
Majoritatea aparatelor de birou și de uz casnic sunt active (nu există sau nu există reactanță mică), astfel încât puterea lor este indicată în wați. În acest caz, la calcularea sarcinii, se utilizează valoarea puterii UPS-ului în wați. Dacă sarcina sunt computere cu surse de alimentare (PSU) fără corecție a factorului de putere de intrare (APFC), o imprimantă laser, un frigider, un aparat de aer condiționat, un motor electric (de exemplu, o pompă submersibilă sau un motor ca parte a unei mașini) , lămpi fluorescente cu balast etc., toate ieșirile sunt utilizate în calcul. Date UPS: kVA, kW, caracteristici de suprasarcină etc.
Vedeți manualele de inginerie electrică, de exemplu:
1. Evdokimov F. E. Fundamentele teoretice ale ingineriei electrice. - M.: Centrul editorial „Academia”, 2004.
2. Nemtsov M. V. Inginerie electrică și electronică. - M.: Centrul editorial „Academia”, 2007.
3. Chastoyedov L. A. Inginerie electrică. - M.: Liceu, 1989.
Vezi și puterea AC, factorul de putere, rezistența electrică, reactanța http://en.wikipedia.org
(traducere: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)
Apendice
Exemplul 1: Puterea transformatoarelor și a autotransformatoarelor este indicată în VA (Volt Amperi)
http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (transformatoare TSGL)
| Autotransformatoare monofazate |
|
||
| 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/autotransformatoare de laborator TDGC2)
Exemplul 2: puterea condensatoarelor este indicată în Vars (Volt Amperi reactiv)
 |
http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (condensatori K78-39)
 |
http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (condensatoare din Marea Britanie)
Exemplul 3: datele tehnice ale motoarelor electrice conțin puterea activă (kW) și cosФ
Pentru sarcini precum motoare electrice, lămpi (descărcare), surse de alimentare pentru calculatoare, sarcini combinate etc. - datele tehnice indică P [kW] și cosФ (putere activă și factor de putere) sau S [kVA] și cosФ (putere aparentă și factor de putere putere).
http://www.weiku.com/products/10359463/Stainless_Steel_cutting_machine.html
(sarcină combinată - mașină de tăiat cu plasmă din oțel / Cutter cu plasmă cu invertor LGK160 (IGBT)
http://www.silverstonetek.com.tw/product.php?pid=365&area=en (sursa PC)
Adaosul 1
Dacă sarcina are un factor de putere mare (0,8 ... 1,0), atunci proprietățile sale se apropie de sarcina activă. O astfel de sarcină este ideală atât pentru linia de rețea, cât și pentru sursele de alimentare, deoarece. nu generează curenți și puteri reactive în sistem.
Prin urmare, în multe țări au fost adoptate standarde care normalizează factorul de putere al echipamentelor.
Suplimentul 2
Echipamentele cu o singură sarcină (de exemplu, o sursă de alimentare pentru PC) și echipamentele combinate cu mai multe componente (de exemplu, o mașină de frezat industrială care include mai multe motoare, un PC, iluminat etc.) au factori de putere scăzuti (mai puțin de 0,8) de unitățile interne (de exemplu, un redresor de alimentare pentru PC sau un motor electric au factor de putere 0,6 .. 0,8). Prin urmare, în prezent, majoritatea echipamentelor au un corector de factor de putere de intrare. În acest caz, factorul de putere de intrare este de 0,9 ... 1,0, ceea ce este în conformitate cu standardele de reglementare.
Anexa 3. Notă importantă privind factorul de putere al UPS-urilor și stabilizatorilor de tensiune
Capacitatea de sarcină a UPS și DGU este normalizată la o sarcină industrială standard (factor de putere 0,8 cu caracter inductiv). De exemplu, UPS 100 kVA / 80 kW. Aceasta înseamnă că dispozitivul poate furniza o sarcină activă de putere maximă de 80kW sau o sarcină mixtă (activ-reactivă) de 100kVA cu un factor de putere inductiv de 0,8.
La stabilizatoarele de tensiune, situația este diferită. Pentru stabilizator, factorul de putere de sarcină este indiferent. De exemplu, un regulator de tensiune de 100 kVA. Aceasta înseamnă că dispozitivul poate furniza o sarcină activă cu o putere maximă de 100 kW, sau orice altă putere (pur activă, pur reactivă, mixtă) de 100 kVA sau 100 kVAr cu orice factor de putere capacitiv sau inductiv. Rețineți că acest lucru este valabil pentru o sarcină liniară (fără armonici de curent mai mari). Cu o distorsiune armonică mare a curentului de sarcină (THD mare), puterea de ieșire a stabilizatorului este redusă.
Suplimentul 4
Exemple ilustrative de sarcini rezistive pure și reactive pure:
- O lampă incandescentă de 100 W este conectată la rețeaua de 220 VAC AC - există curent de conducție peste tot în circuit (prin conductorii firelor și părul de tungsten al lămpii). Caracteristici de sarcină (lămpi): putere S=P~=100 VA=100 W, PF=1 => toată puterea electrică este activă, ceea ce înseamnă că este absorbită complet în lampă și se transformă în energie termică și luminoasă.
- Un condensator nepolar de 7 uF este conectat la rețeaua de 220 VAC AC - există un curent de conducere în circuitul firului, un curent de polarizare curge în interiorul condensatorului (prin dielectric). Caracteristicile sarcinii (condensator): putere S=Q~=100 VA=100 VAr, PF=0 => toată puterea electrică este reactivă, ceea ce înseamnă că circulă constant de la sursă la sarcină și înapoi, din nou la sarcină, etc.
Suplimentul 5
Pentru a indica reactanța predominantă (inductivă sau capacitivă), semnul este atribuit factorului de putere:
+ (plus)– dacă reactanța totală este inductivă (exemplu: PF=+0,5). Faza curentă întârzie faza de tensiune cu un unghi F.
- (minus)– dacă reactanța totală este capacitivă (exemplu: PF=-0,5). Faza curentului conduce faza tensiunii cu un unghi F.
Suplimentul 6
Întrebări suplimentare
Intrebarea 1:
De ce toate manualele de inginerie electrică folosesc numere/cantități imaginare (de exemplu, putere reactivă, reactanță etc.) care nu există în realitate atunci când se calculează circuitele de curent alternativ?
Răspuns:
Da, toate cantitățile individuale din lumea înconjurătoare sunt reale. Inclusiv temperatura, reactanța etc. Utilizarea numerelor imaginare (complexe) este doar un truc matematic care face calculele mai ușoare. Rezultatul calculului este în mod necesar un număr real. Exemplu: puterea reactivă a unei sarcini (condensator) de 20 kvar este fluxul de energie real, adică wații reali care circulă în circuitul sursă-sarcină. Dar pentru a distinge acești wați de wați absorbiți iremediabil de sarcină, acești „wați în circulație” au decis să numească Volt·Amps reactivi.
Cometariu:
Anterior, în fizică se foloseau doar cantități individuale, iar în calcul, toate cantitățile matematice corespundeau cantităților reale ale lumii înconjurătoare. De exemplu, distanța este egală cu viteza cu timpul (S=v*t). Apoi, odată cu dezvoltarea fizicii, adică pe măsură ce s-au studiat obiecte mai complexe (lumină, unde, curent electric alternativ, atom, spațiu etc.), a apărut un număr atât de mare de mărimi fizice încât a devenit imposibil să se calculeze fiecare separat. . Aceasta nu este doar o problemă de calcul manual, ci și o problemă de compilare a programelor de calculator. Pentru a rezolva această problemă, valorile unice apropiate au început să fie combinate în altele mai complexe (inclusiv 2 sau mai multe valori unice), respectând legile de transformare cunoscute în matematică. Așa au apărut mărimile scalare (single) (temperatură etc.), duale vectoriale și complexe (impedanță etc.), triple vectoriale (vector câmp magnetic etc.) și mărimi mai complexe - matrice și tensori (tensor de permitivitate dielectrică). , tensorul Ricci și alții). Pentru a simplifica calculele în inginerie electrică, sunt utilizate următoarele mărimi duale imaginare (complexe):
- Impedanta (impedanta) Z=R+iX
- Puterea aparentă S=P+iQ
- Constanta dielectrica e=e"+ie"
- Permeabilitatea magnetică m=m"+im"
- si etc.
Intrebarea 2:
Pagina http://en.wikipedia.org/wiki/Ac_power arată S P Q Ф pe plan complex, adică imaginar/inexistent. Ce legătură au toate acestea cu realitatea?
 |
Răspuns:
Este dificil să se efectueze calcule cu sinusoide reale, prin urmare, pentru a simplifica calculele, se utilizează o reprezentare vectorială (complexă), ca în Fig. de mai sus. Dar asta nu înseamnă că S P Q prezentate în figură nu sunt legate de realitate. Valorile reale ale S P Q pot fi reprezentate în mod obișnuit, pe baza măsurătorilor semnalelor sinusoidale cu un osciloscop. Valorile S P Q Ф I U în circuitul AC sursă-sarcină depind de sarcină. Mai jos este un exemplu de semnale sinusoidale reale S P Q și F pentru cazul unei sarcini constând din rezistențe active și reactive (inductive) conectate în serie.
 |
Întrebarea 3:
Cu cleme de curent convenționale și un multimetru, a fost măsurat un curent de sarcină de 10 A, iar tensiunea la sarcină a fost de 225 V. Înmulțim și obținem puterea de sarcină în W: 10 A 225V \u003d 2250 W.
Răspuns:
Ați primit (calculat) puterea totală de sarcină de 2250 VA. Prin urmare, răspunsul dvs. va fi valabil numai dacă sarcina dvs. este pur rezistivă, atunci într-adevăr Volt Amp este egal cu Watt. Pentru toate celelalte tipuri de sarcini (de exemplu, un motor electric) - nr. Pentru a măsura toate caracteristicile oricărei sarcini arbitrare, trebuie să utilizați un analizor de rețea, cum ar fi APPA137:
 |
Consultați literatura suplimentară, de exemplu:
Evdokimov F. E. Fundamentele teoretice ale ingineriei electrice. - M.: Centrul editorial „Academia”, 2004.
Nemtsov M.V. Inginerie electrică și electronică. - M.: Centrul editorial „Academia”, 2007.
Chastoyedov L.A. Inginerie electrică. - M.: Liceu, 1989.
Putere AC, factor de putere, rezistență electrică, reactanță
http://en.wikipedia.org (traducere: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)
Teoria și calculul transformatoarelor de putere mică Yu.N. Starodubtsev / RadioSoft Moscow 2005 / rev d25d5r4feb2013
În același timp, se disting doi indicatori care reflectă costurile cu puterea maximă atunci când deservesc consumatorul. Acești indicatori se numesc energie activă și reactivă. Puterea brută este suma acestor două cifre. Despre ce este electricitatea activă și reactivă și cum să verificați suma plăților acumulate, vom încerca să spunem în acest articol.
Toata puterea
Conform practicii stabilite, consumatorii plătesc nu pentru capacitatea utilă, care este utilizată direct în economie, ci pentru cea plină, care este eliberată de întreprinderea furnizor. Acești indicatori se disting prin unități de măsură - puterea totală este măsurată în volți-amperi (VA), iar puterea utilă este măsurată în kilowați. Electricitatea activă și reactivă este utilizată de toate aparatele electrice alimentate de la rețea.
Electricitate activă
Componenta activă a puterii totale efectuează muncă utilă și este convertită în acele tipuri de energie de care consumatorul are nevoie. Pentru unele aparate electrocasnice și industriale, puterea activă și aparentă din calcule sunt aceleași. Printre astfel de dispozitive se numără sobele electrice, lămpi cu incandescență, cuptoare electrice, încălzitoare, fiare de călcat și așa mai departe.
Dacă puterea activă de 1 kW este indicată în pașaport, atunci puterea totală a unui astfel de dispozitiv va fi de 1 kVA.
Conceptul de electricitate reactivă
Acest tip de electricitate este inerent circuitelor care includ elemente reactive. Electricitatea reactivă este partea din puterea totală care nu este utilizată pentru muncă utilă.
În circuitele electrice de curent continuu, conceptul de putere reactivă este absent. În circuite, componenta reactivă apare numai atunci când există o sarcină inductivă sau capacitivă. În acest caz, există o nepotrivire între faza curentului și faza tensiunii. Acest defazaj între tensiune și curent este notat cu simbolul „φ”.
Cu o sarcină inductivă în circuit, se observă un decalaj de fază, cu o sarcină capacitivă, este înaintea acesteia. Prin urmare, doar o parte din puterea maximă ajunge la consumator, iar pierderile principale apar din cauza încălzirii inutile a dispozitivelor și dispozitivelor în timpul funcționării.
Pierderile de putere apar din cauza prezenței bobinelor inductive și condensatoarelor în dispozitivele electrice. Din cauza lor, electricitatea se acumulează în circuit de ceva timp. Energia stocată este apoi alimentată înapoi în circuit. Dispozitivele care includ o componentă reactivă a electricității includ unelte electrice portabile, motoare electrice și diverse aparate de uz casnic. Această valoare este calculată luând în considerare un factor de putere special, care se numește cos φ.
Calculul energiei electrice reactive
Factorul de putere se află în intervalul de la 0,5 la 0,9; valoarea exactă a acestui parametru poate fi găsită în pașaportul aparatului electric. Puterea aparentă trebuie definită ca coeficientul puterii active împărțit la un factor.
De exemplu, dacă pașaportul unui burghiu electric indică o putere de 600 W și o valoare de 0,6, atunci puterea totală consumată de dispozitiv va fi 600/06, adică 1000 VA. În lipsa pașapoartelor pentru calcularea puterii totale a dispozitivului, coeficientul poate fi luat egal cu 0,7.
Deoarece una dintre principalele sarcini ale sistemelor de alimentare existente este de a furniza energie utilă consumatorului final, pierderile de putere reactivă sunt considerate un factor negativ, iar o creștere a acestui indicator pune la îndoială eficiența circuitului electric în ansamblu. Echilibrul puterii active și reactive într-un circuit poate fi vizualizat sub forma acestei imagini amuzante:
Valoarea coeficientului la luarea în considerare a pierderilor
Cu cât valoarea factorului de putere este mai mare, cu atât va fi mai mică pierderea de energie electrică activă - ceea ce înseamnă că consumatorul final al energiei electrice consumate va costa puțin mai puțin. Pentru a crește valoarea acestui coeficient, în electrotehnică sunt utilizate diferite metode de compensare a pierderilor nețintă de energie electrică. Dispozitivele de compensare sunt generatoare de curent de vârf care netezesc unghiul de fază dintre curent și tensiune. Bancile de condensatoare sunt uneori folosite în același scop. Sunt conectate în paralel cu circuitul de lucru și sunt utilizate ca compensatoare sincrone.
Calculul costului energiei electrice pentru clienții privați
Pentru uz individual, electricitatea activă și reactivă nu este separată în facturi - în ceea ce privește consumul, ponderea energiei reactive este mică. Prin urmare, clienții privați cu un consum de energie de până la 63 A plătesc o singură factură, în care toată energia electrică consumată este considerată activă. Pierderile suplimentare din circuitul de electricitate reactivă nu sunt alocate separat și nu sunt plătite.
Contorizare reactiva a energiei electrice pentru intreprinderi
Un alt lucru - întreprinderi și organizații. Un număr mare de echipamente electrice sunt instalate în spații industriale și ateliere industriale, iar în totalul energiei electrice primite există o parte semnificativă a energiei reactive, care este necesară pentru funcționarea surselor de alimentare și a motoarelor electrice. Electricitatea activă și reactivă furnizată întreprinderilor și organizațiilor necesită o separare clară și o modalitate diferită de a plăti pentru aceasta. În acest caz, contractul standard servește drept bază pentru reglementarea relațiilor dintre furnizorul de energie electrică și consumatorii finali. Conform regulilor stabilite în acest document, organizațiile care consumă energie electrică peste 63 A au nevoie de un dispozitiv special care să ofere citiri de energie reactivă pentru contorizare și plată.
Compania de rețea instalează un contor reactiv de energie electrică și încarcă în funcție de citirile acestuia.
Factorul de energie reactivă
După cum sa menționat mai devreme, energia electrică activă și reactivă din facturile de plată sunt alocate în rânduri separate. Dacă raportul dintre volumele de energie electrică reactivă și consumată nu depășește norma stabilită, atunci nu se percepe plata pentru energia reactivă. Coeficientul raportului poate fi scris în diferite moduri, valoarea sa medie este de 0,15. Dacă această valoare de prag este depășită, întreprinderii consumatoare i se recomandă să instaleze dispozitive compensatorii.
Energia reactivă în blocurile de locuințe
Un consumator obișnuit de energie electrică este un bloc de apartamente cu o siguranță principală care consumă energie electrică mai mare de 63 A. Dacă o astfel de clădire are doar spații rezidențiale, nu există nicio taxă pentru electricitatea reactivă. Astfel, locuitorii unui bloc de apartamente văd în taxe doar plata pentru energia electrică integrală furnizată casei de către furnizor. Aceeași regulă se aplică cooperativelor de locuințe.
Cazuri speciale de contabilitate a puterii reactive
Există cazuri când există atât organizații comerciale, cât și apartamente într-o clădire cu mai multe etaje. Furnizarea de energie electrică la astfel de case este reglementată prin acte separate. De exemplu, diviziunea poate fi dimensiunea suprafeței utilizabile. Dacă organizațiile comerciale ocupă mai puțin de jumătate din suprafața utilă într-o clădire de apartamente, atunci plata pentru energia reactivă nu este taxată. Dacă procentul de prag a fost depășit, atunci există obligații de plată a energiei electrice reactive.
În unele cazuri, clădirile rezidențiale nu sunt scutite de plata energiei reactive. De exemplu, dacă clădirea are puncte de conectare a liftului pentru apartamente, taxa pentru utilizarea energiei electrice reactive se face separat, doar pentru acest echipament. Proprietarii de apartamente plătesc în continuare doar energie electrică activă.
Înțelegerea esenței energiei active și reactive face posibilă calcularea corectă a efectului economic al instalării diferitelor dispozitive de compensare care reduc pierderile de la sarcina reactivă. Conform statisticilor, astfel de dispozitive vă permit să creșteți valoarea cos φ de la 0,6 la 0,97. Astfel, dispozitivele de compensare automată ajută la economisirea de până la o treime din energia electrică furnizată consumatorului. O reducere semnificativă a pierderilor de căldură crește durata de viață a dispozitivelor și mecanismelor de la locurile de producție și reduce costul produselor finite.
