Am văzut dispozitive de economisire a energiei pe internet, care, după cum am înțeles, pur și simplu se conectează la priza cea mai apropiată de contor. L-a folosit cineva? Chiar economisesc energie? Și mai scriu că îmbunătățesc calitatea energiei electrice și astfel previn deteriorarea aparatelor electrice. Mi-ar plăcea să aud feedback.

La calcularea puterii electrice consumate de orice electric sau aparat de uz casnic, de obicei se ia în considerare așa-numita putere totală a curentului electric care efectuează un anumit lucru în circuitul unei sarcini date. Termenul „putere aparentă” înseamnă toată puterea care este consumată de un aparat electric și include atât o componentă activă, cât și o componentă reactivă, care la rândul său este determinată de tipul de sarcină utilizat în circuit. Puterea activă este întotdeauna măsurată și raportată în wați (W), în timp ce puterea aparentă este de obicei raportată în volți-amperi (VA). Diverse dispozitive - consumatori energie electrica poate funcționa în circuite având atât componente active, cât și reactive ale curentului electric.

Componenta activă a puterii curentului electric consumată de orice sarcină face o muncă utilă și se transformă în tipurile de energie de care avem nevoie (termică, luminoasă, sonoră etc.).
Unele aparate electrice funcționează în principal pe această componentă a puterii. Acestea sunt lămpi cu incandescență, sobe electrice, încălzitoare, cuptoare electrice, fiare de călcat etc.

Cu valoarea consumului de energie activă de 1 kW indicată în pașaportul dispozitivului, acesta va consuma o putere totală de 1 kVA din rețea. Componenta reactivă a curentului electric apare numai în circuitele care conțin elemente reactive (inductanță și capacitate) și este de obicei cheltuită pentru încălzirea inutilă a conductorilor care alcătuiesc acest circuit. Un exemplu de astfel de sarcini reactive sunt motoarele electrice, scule electrice portabile (burghii electrice, polizoare, frezatoare de perete etc.), precum si diverse aparate electronice de uz casnic. Puterea totală a acestor dispozitive, măsurată în volți-amperi, și puterea activă (în wați) sunt legate între ele prin factorul de putere cosφ, care poate lua o valoare de la 0,5 la 0,9. Aceste dispozitive indică de obicei puterea activă în wați și valoarea coeficientului cosφ. Pentru a determina consumul total de energie în VA, aveți nevoie de valoarea putere activă(W) împărțit la cosφ.

Exemplu: dacă un burghiu electric indică o valoare a puterii de 600 W și cosφ = 0,6, atunci rezultă că puterea totală consumată de unealtă este 600/0,6 = 1000 VA. În absența datelor despre cosφ, puteți lua valoarea sa aproximativă, care pentru o unealtă electrică de uz casnic este de aproximativ 0,7.

Când luăm în considerare problema componentelor active și reactive ale energiei electrice (mai precis, puterea acesteia), ne referim de obicei la acele fenomene care apar în circuite. AC. S-a dovedit că diferitele sarcini din circuitele AC se comportă complet diferit. Unele încărcături folosesc energia transferată acestora în scopul propus (adică, pentru a efectua muncă utilă), iar un alt tip de sarcină stochează mai întâi această energie, apoi o eliberează din nou la sursa de alimentare.

Pe baza comportamentului lor în circuitele de curent alternativ, diferitele sarcini ale consumatorilor sunt împărțite în următoarele două tipuri:

1. Tipul activ de sarcină absoarbe toată energia primită de la sursă și o transformă în muncă utilă (lumina de la o lampă, de exemplu), iar forma curentului din sarcină repetă exact forma tensiunii peste ea ( nu există schimbare de fază).

2. tip jet sarcina se caracterizează prin faptul că mai întâi (pe o anumită perioadă de timp) acumulează energia furnizată de sursa de energie. Apoi energia stocată (pe o anumită perioadă de timp) este returnată acestei surse. Sarcini similare includ următoarele elemente circuite electrice precum condensatoarele și inductori, precum și dispozitivele care le conțin. Mai mult, într-o astfel de sarcină există o defazare de 90 de grade între tensiune și curent. Din moment ce scopul principal sistemele existente alimentarea cu energie electrică este livrarea utilă a energiei electrice de la producător direct către consumator (mai degrabă decât pomparea ei înainte și înapoi) - componenta reactivă a puterii este de obicei considerată o caracteristică dăunătoare a circuitului.

Pierderile datorate componentei reactive din rețea sunt direct legate de valoarea factorului de putere discutat mai sus, adică. Cu cât cosφ al consumatorului este mai mare, cu atât pierderile de putere în linie vor fi mai mici și cu atât va fi mai ieftin să transferați energie electrică către consumator.
Astfel, factorul de putere este cel care ne spune cât de eficient este utilizată puterea de operare a sursei de energie electrică. Pentru a crește factorul de putere (cosφ), în toate tipurile de instalații electrice sunt utilizate metode speciale de compensare a puterii reactive.
De obicei, pentru a crește factorul de putere (prin reducerea defazajului dintre curent și tensiune - unghi φ) în reteaua existenta includ dispozitive speciale de compensare, care sunt generatoare auxiliare de curent de conducere (capacitiv).
În plus, de foarte multe ori, pentru a compensa pierderile rezultate din componenta inductivă a circuitului, folosește bănci de condensatoare conectate în paralel cu sarcina de lucru și utilizate ca compensatoare sincrone.

Aspectul fizic al procesului și semnificația practică a utilizării unităților de compensare a puterii reactive

Pentru a înțelege ce înseamnă termenul „putere reactivă”,

Să ne amintim definiția conceptului de putere electrică. Este o mărime fizică care exprimă rata de transport, consum sau producere a energiei electrice la un anumit moment.

Cu cât nivelul de putere este mai mare, cu atât productivitatea poate avea o instalație electrică într-o anumită unitate de timp. Termenul „putere instantanee” este înțeles ca produsul dintre curent și tensiune pentru un moment în orice secțiune a circuitului electric.

Să luăm în considerare aspectul fizic al procesului.

Dacă luăm circuite în care apare curent continuu, atunci valorile puterii medii și instantanee pentru o anumită perioadă de timp sunt egale, dar nu există putere reactivă. Și în circuitele în care apare fenomenul de curent alternativ, situația de mai sus apare numai dacă sarcina de acolo este pur activă. Acest lucru se întâmplă, de exemplu, într-un aparat electric, cum ar fi un încălzitor electric. Cu o sarcină pur rezistivă în circuit în condiții de curent alternativ, fazele curentului și tensiunii coincid și toată puterea este transferată la sarcină.

În cazul unei sarcini inductive, cum ar fi la motoarele electrice, atunci curentul este în fază cu tensiunea, iar dacă este capacitiv, ceea ce este cazul la diferite dispozitive electrice, atunci curentul, dimpotrivă, este în fază. înaintea tensiunii. Deoarece tensiunea și curentul nu sunt în fază (cu o sarcină reactivă), puterea completă este transferată doar parțial la sarcină, ar putea fi transferată complet dacă schimbarea de fază ar fi zero, adică o sarcină rezistivă.

Care este diferența dintre puterea reactivă și cea activă

Se numește acea parte din puterea totală care este transferată la sarcină în condițiile perioadei de curent alternativ putere activă. Valoarea sa este calculată ca rezultat al produsului dintre valorile tensiunii și curentului cu cosinusul unghiului de fază care se află între ele

Și acea putere care nu a fost transferată la sarcină și din cauza căreia au avut loc pierderi de radiație și încălzire, se numește putere reactiva. Valoarea sa este produsul dintre valorile tensiunii și curentului și sinusul unghiului de defazare care se află între ele.

Prin urmare, puterea reactivă este un termen care caracterizează sarcina. Unitatea sa de măsură se numește volți amperi reactivi, prescurtați ca var sau var. Dar în viață, o altă valoare de măsurare este mai comună - cosinus phi, ca o cantitate care măsoară calitatea instalatie electrica din punctul de vedere al economisirii energiei. De fapt, cantitatea de energie care, atunci când este furnizată de la o sursă, ajunge la sarcină depinde de valoarea cos φ. În consecință, este foarte posibil să folosiți o sursă nu foarte puternică, apoi, în consecință, mai puțină energie va fi risipită.

Cum poate fi compensată puterea reactivă?

După cum rezultă din cele de mai sus, în cazul în care sarcina este inductivă, atunci aceasta trebuie compensată folosind condensatoare, condensatoare, iar sarcina capacitivă trebuie compensată cu reactoare și bobine. În acest fel, puteți crește cosinusul phi la valori suficiente de 0,7-0,9. Așa funcționează compensarea puterii reactive.

Care sunt beneficiile compensării puterii reactive?

Instalațiile de compensare a puterii reactive pot aduce beneficii economice enorme. Potrivit statisticilor, ei pot economisi până la 50% la facturile la energie în diferite părți RF. Acolo unde sunt instalate, banii cheltuiți pe ele se plătesc în mai puțin de un an.

În faza de proiectare a instalațiilor, introducerea unităților de condensatoare ajută la reducerea costului de achiziție a cablurilor prin reducerea secțiunii lor transversale. De exemplu, o instalare automată a condensatorului poate avea ca efect creșterea cosinusului phi de la 0,6 la 0,97.

Să tragem o linie:

După cum înțelegem, instalațiile de compensare a puterii reactive ajută la economisirea semnificativă a banilor, precum și la creșterea duratei de viață a echipamentelor, din următoarele motive:

1) sarcina pe transformatoare de putere, ceea ce le mărește durabilitatea.

2) Nivelul de sarcină pe cabluri și fire este redus și, de asemenea, puteți economisi bani achiziționând cabluri cu o secțiune transversală mai mică.

3) Îmbunătățirea nivelului de calitate al energiei electrice de la receptoarele electrice.

4) Nu există pericolul de a plăti penalități pentru reducerea cos φ.

5) magnitudinea armonicilor superioare din rețea scade.

6) se reduce cantitatea de energie electrică consumată.

Să reamintim încă o dată că energia reactivă și puterea reduc rezultatele funcționării sistemului de alimentare, datorită faptului că încărcarea generatoarelor centralei electrice cu curenți reactivi duce la o creștere a volumului de combustibil consumat și a mărimii pierderilor în crește și rețelele de alimentare și receptoarele și, în sfârșit, nivelul căderii de tensiune în rețele.

Puterea activă și reactivă sunt consumatori de energie electrică pentru a consuma această energie. Consumatorul este interesat de energia al cărei consum îl avantajează această energie poate fi numită utilă, dar în electrotehnică este de obicei numită activă. Aceasta este energia care este folosită pentru încălzirea încăperilor, gătirea alimentelor, producerea de frig și este transformată în energie mecanică (funcționarea bormaghiilor electrici, burghiilor cu ciocan, pompelor electrice etc.).

Cu excepţia electricitate activa Există și una reactivă. Aceasta este acea parte din energia totală care nu este cheltuită pentru muncă utilă. După cum reiese din cele de mai sus, puterea totală este puterea activă și puterea reactivă în ansamblu.

În conceptele de putere activă și reactivă, se ciocnesc interesele conflictuale ale consumatorilor de energie electrică și ale furnizorilor acesteia. Este benefic ca consumatorul să plătească doar pentru energia electrică utilă pe care a consumat-o, în timp ce furnizorul este benefic să primească plata pentru cantitatea de energie electrică activă și reactivă. Este posibil să reconciliăm aceste cerințe aparent contradictorii? Da, dacă reduceți cantitatea de electricitate reactivă la zero. Să ne gândim dacă acest lucru este posibil și cât de aproape se poate ajunge de ideal.

Putere activă și reactivă

Putere activă

Există consumatori de energie electrică a căror putere totală și cea activă sunt aceleași. Aceștia sunt consumatori a căror sarcină este reprezentată de rezistențe active (rezistențe). Printre aparate electrocasnice exemple de astfel de sarcini sunt lămpile cu incandescență, sobele electrice, dulapuri și cuptoare, încălzitoare, fiare de călcat, fiare de lipit etc.

În pașaportul acestor dispozitive este indicată atât puterea activă, cât și puterea reactivă. Acesta este cazul când puterea de sarcină poate fi determinată folosind formula cunoscută de la cursul de fizică școlar prin înmulțirea curentului de sarcină cu tensiunea din rețea. Curentul se măsoară în amperi (A), tensiunea în volți (V), puterea în wați (W). Un arzător electric de sobă într-o rețea cu o tensiune de 220 V la un curent de 4,5 A consumă putere 4,5 x 220 = 990 (W).

Putere reactivă

Uneori, mergând pe stradă, poți vedea că sticla balcoanelor este acoperită din interior cu o peliculă subțire strălucitoare. Această peliculă a fost îndepărtată de pe condensatoarele electrice defecte instalate în anumite scopuri la stațiile de distribuție care furnizează consumatori puternici de energie electrică. Un condensator este un consumator tipic de putere reactivă. Spre deosebire de consumatorii de energie activă, în care elementul principal de design este un anumit material conductiv electric (conductor de wolfram în lămpi cu incandescență, spirală de nicrom într-o sobă electrică etc.). Într-un condensator elementul principal– neconductiv curent electric(film subțire de polimer sau hârtie impregnată cu ulei).

Putere capacitivă reactivă

Frumoasele filme strălucitoare pe care le-ați văzut pe balcon sunt căptușeli de condensatoare din material subțire conductiv. Condensatorul este remarcabil prin faptul că poate acumula energie electrică și apoi o eliberează - un fel de baterie. Dacă conectați un condensator la o rețea de curent continuu, acesta va fi încărcat cu un impuls de curent de scurtă durată, iar apoi nu va trece curent prin el. Readuceți condensatorul la starea initiala puteți prin deconectarea acestuia de la sursa de tensiune și conectarea unei sarcini la plăcile sale. Curentul electric va curge prin sarcină pentru o perioadă de timp, iar un condensator ideal va furniza încărcăturii exact la fel de multă energie electrică pe care a primit-o la încărcare. Un bec conectat la bornele unui condensator poate timp scurt clipește, rezistența electrică se va încălzi, iar o persoană neatentă poate fi „șocată” sau chiar ucisă dacă există suficientă tensiune la bornele și cantitatea de electricitate stocată.

O imagine interesantă se obține la conectarea unui condensator la o sursă de curent alternativ tensiune electrică. Pentru că la sursă Tensiune AC Polaritatea și valoarea tensiunii instantanee se modifică în mod constant (în rețeaua electrică de acasă conform unei legi apropiate de sinusoidală). Condensatorul se va încărca și descărca continuu, iar curentul alternativ va curge continuu prin el. Dar acest curent nu va fi în fază cu tensiunea sursei de tensiune alternativă, ci o va avansa cu 90°, adică. pentru un sfert de perioadă.

Acest lucru va duce la faptul că pentru un total de jumătate din perioada tensiunii alternative, condensatorul consumă energie din rețea și eliberează jumătate din perioadă, în timp ce totalul consumat activ putere electrică egal cu zero. Dar, deoarece un curent semnificativ trece prin condensator, care poate fi măsurat cu un ampermetru, se obișnuiește să spunem că condensatorul este un consumator de putere electrică reactivă.

Puterea reactivă este calculată ca produsul dintre curent și tensiune, dar unitatea de măsură nu mai este wați, ci volt-amperi reactiv (VAr). Deci, printr-o rețea conectată la 220 V cu o frecvență de 50 Hz condensator electric cu o capacitate de 4 µF curge un curent de aproximativ 0,3 A Aceasta înseamnă că condensatorul consumă 0,3 x 220 = 66 (VAr) putere reactivă - comparabilă cu puterea unei lămpi cu incandescență medie, dar condensatorul, spre deosebire de o lampă, nu. nu strălucește și nu se încălzește.

Putere inductivă reactivă

Dacă curentul dintr-un condensator conduce tensiunea, există consumatori în care curentul este în decalaj față de tensiune? Da, și astfel de consumatori, spre deosebire de consumatorii capacitivi, sunt numiți inductivi, rămânând în același timp consumatori de energie reactivă. O sarcină electrică inductivă tipică este o bobină cu o anumită sumă spire de sârmă foarte conductivă înfășurată în jurul unui miez închis realizat dintr-un material magnetic special.

În practică, o bună aproximare a unei sarcini pur inductive este un transformator fără sarcină (sau un regulator de tensiune cu un autotransformator). Transformator bine proiectat la ralanti consumă foarte puțină putere activă, consumând în mare parte putere reactivă.

Consumatori reali de energie electrică și putere electrică totală

Din luarea în considerare a caracteristicilor sarcinilor capacitive și inductive, rezultă intrebare interesanta– ce se întâmplă dacă o sarcină capacitivă și inductivă este conectată simultan și în paralel. Datorită răspunsului lor opus la tensiunea aplicată, cele două răspunsuri vor începe să se anuleze reciproc. Sarcina totală va fi doar capacitivă sau inductivă și, într-un caz ideal, va fi posibilă obținerea unei compensații complete. Va părea paradoxal - ampermetrele conectate vor înregistra curenți semnificativi (și egali!) prin condensator și inductor și absență completă curent în unirea lor circuit comun. Imaginea descrisă este oarecum încălcată doar de faptul că nu există condensatori și inductori ideali, dar o astfel de idealizare ajută la înțelegerea esenței proceselor care au loc.

Să revenim la consumatorii reali de energie electrică. În viața de zi cu zi, folosim în principal consumatori de putere pur activă (exemplele sunt date mai sus) și putere mixtă activ-inductivă. Acestea sunt burghie electrice, burghie cu ciocan, motoare electrice ale frigiderelor, masini de spalat rufeși așa mai departe aparate electrocasnice. Acestea includ și transformatoare electrice pentru sursele de alimentare de uz casnic. echipamente radio-electroniceși stabilizatori de tensiune. În cazul unei astfel de sarcini mixte, pe lângă puterea activă (netă), sarcina consumă și putere reactivă, ca urmare, puterea totală este respinsă mai mult decât puterea activă. Puterea aparentă este măsurată în volți-amperi (VA) și este întotdeauna produsul dintre curentul din sarcină și tensiunea pe sarcină.

Misteriosul „cosinus phi”

Raportul dintre puterea activă și puterea totală se numește „cosinus phi” în inginerie electrică. Notat cu cos φ. Acest raport se mai numește și factor de putere. Este ușor de observat că pentru cazul unei sarcini pur active, unde puterea totală coincide cu cea activă, cos φ = 1. În cazul sarcinilor pur capacitive sau inductive, unde puterea activă este egală cu zero, cos φ = 0.

În cazul unei sarcini mixte, valoarea factorului de putere este în intervalul de la 0 la 1. Pentru aparatele de uz casnic, este de obicei în intervalul 0,5-0,9. În medie, poate fi considerată egală cu 0,7 o valoare mai precisă este indicată în pașaportul aparatului electric.

Pentru ce plătim?

Și, în sfârșit, cea mai interesantă întrebare este pentru ce tip de energie plătește consumatorul. Pe baza faptului că componenta reactivă a energiei totale nu aduce niciun beneficiu consumatorului, în timp ce o parte din perioada de energie reactivă este consumată și o parte este distribuită, nu este nevoie să plătiți pentru puterea reactivă. Dar, după cum știm, diavolul este în detalii. Deoarece sarcina mixtă crește curentul în rețea, apar probleme la centralele electrice în care electricitatea este generată de generatoare sincrone și anume: sarcina inductivă „dezexcita” generatorul, iar aducerea lui la starea anterioară costă puterea activă reală la „ reexcita”-l.

Astfel, a face consumatorul să plătească pentru puterea inductivă reactivă consumată este destul de corect. Acest lucru încurajează consumatorul să compenseze componenta reactivă a sarcinii lor și, deoarece această componentă este în principal inductivă, compensarea constă în conectarea condensatoarelor cu capacitate precalculată.

Consumatorul găsește o oportunitate de a plăti mai puțin

Dacă consumatorul plătește separat pentru puterea activă și reactivă consumată. El este gata să suporte costuri suplimentare și să instaleze bănci de condensatoare la întreprinderea sa, care sunt pornite strict după un program în funcție de statisticile consumului mediu de energie electrică pe oră din zi.

Există, de asemenea, o opțiune pentru instalare la fața locului dispozitive speciale(compensatoare de putere reactivă), conectarea automată a condensatoarelor în funcție de mărimea și natura consumului de energie în acest moment putere. Aceste compensatoare vă permit să creșteți factorul de putere de la 0,6 la 0,97, adică aproape la unu.

De asemenea, este acceptat că dacă raportul dintre energia reactivă consumată și energia totală nu depășește 0,15, atunci consumatorul corporativ este scutit de plata pentru energia reactivă.

În ceea ce privește consumatorii individuali, din cauza puterii relativ reduse pe care o consumă, nu se obișnuiește să se împartă facturile pentru plata energiei electrice consumate în active și reactive. Energia electrică de uz casnic ia în considerare doar puterea activă a sarcinii electrice, iar pentru aceasta se emite o factură. Aceste. nici macar nu exista in acest moment fezabilitate tehnică emite o factură către consumatorul individual pentru puterea reactivă consumată.

Consumatorul nu are un stimulent special pentru a compensa componenta inductivă a sarcinii, iar acest lucru este dificil de implementat din punct de vedere tehnic. Condensatoarele conectate permanent vor încărca inutil cablurile de alimentare atunci când sarcina inductivă este deconectată. În spatele contorului electric (și în fața contorului, dar consumatorul nu plătește pentru asta), ceea ce va cauza consumul de putere activă cu o creștere corespunzătoare a facturii, iar compensatoarele automate sunt scumpe și este puțin probabil să justifice costul cumpărându-le.

Un alt lucru este că producătorul instalează uneori condensatori de compensare la intrarea consumatorilor cu o componentă inductivă a sarcinii. Acești condensatori, dacă sunt selectați corespunzător, vor reduce oarecum pierderile de energie în firele de alimentare, în timp ce vor crește ușor tensiunea la aparatul electric conectat prin reducerea căderii de tensiune pe firele de alimentare.

Dar, cel mai important, compensarea energiei reactive pentru fiecare consumator, de la un apartament la o întreprindere uriașă, va reduce curenții în toate liniile electrice, de la centrală până la panoul de apartament. Datorită componentei reactive curent aparent, ceea ce va reduce pierderile de energie în linii și va crește coeficientul acțiune utilă sisteme electrice

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. Este foarte stresant. La urma urmei, toată lumea a fost de mult obișnuită cu kilowați. Iar puterea tuturor dispozitivelor este indicată în principal în kW.
Alexey. 21 iunie 2007

ÎN specificatii tehnice a oricărui UPS, sunt indicate puterea totală [kVA] și puterea activă [kW] - ele caracterizează capacitatea de încărcare a UPS-ului. Exemplu, vezi fotografiile 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 anexa)
  http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (transformatoare TSGL: vezi anexa)
• Puterea condensatorului 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 (condensatori din Marea Britanie: vezi apendicele)
• Pentru exemple de alte sarcini, consultați anexele de mai jos.

Caracteristicile de putere ale sarcinii pot fi specificate cu precizie printr-un singur parametru (putere activă în W) numai în cazul curentului continuu, deoarece într-un circuit de curent continuu există un singur tip de rezistență - rezistența activă.

Caracteristicile de putere ale sarcinii pentru cazul curentului alternativ nu pot fi specificate cu precizie de un singur parametru, deoarece există doi diferite tipuri rezistență – activă și reactivă. Prin urmare, doar doi parametri: puterea activă și puterea reactivă caracterizează cu exactitate sarcina.

Principiile de funcționare ale rezistenței active și reactive sunt complet diferite. Rezistență activă - transformă ireversibil energia electrică în alte tipuri de energie (termică, luminoasă etc.) - exemple: lampă cu incandescență, încălzitor electric (paragraful 39, clasa fizică 11 V.A. Kasyanov M.: Bustard, 2007).

Reactanță - acumulează alternativ energie și apoi o eliberează înapoi în rețea - exemple: condensator, inductor (paragraful 40,41, Fizica clasa a XI-a V.A. Kasyanov M.: Bustard, 2007).

Mai departe, în orice manual de inginerie electrică puteți citi acea putere activă (disipată de rezistență activă) se măsoară în wați, iar puterea reactivă (care circulă prin reactanță) se măsoară în vars; De asemenea, pentru a caracteriza puterea de sarcină, se folosesc încă doi parametri: puterea aparentă și factorul de putere. Toți acești 4 parametri:

1. Puterea activă: desemnare P, unitate de măsură: Watt
2. Putere reactivă: denumire Q, unitate de măsură: VAR(Volt Amperi reactiv)
3. Puterea aparentă: desemnare S, unitate de măsură: VA(Volt Amperi)
4. Factorul de putere: simbol k sau cosФ, unitate de măsură: mărime adimensională

Acești parametri sunt legați prin relațiile: S*S=P*P+Q*Q, cosФ=k=P/S

Asemenea cosФ numit factor de putere ( Factorul de putere – PF)

Prin urmare, în inginerie electrică, oricare dintre acești parametri sunt specificați pentru a caracteriza puterea, deoarece restul poate fi găsit din acești doi.

De exemplu, motoare electrice, lămpi (descărcare) - în acelea. datele indicate P[kW] și cosФ:
http://www.mez.by/dvigatel/air_table2.shtml (motoare AIR: vezi anexa)
http://www.mscom.ru/katalog.php?num=38 ( Lămpi DRL: vezi anexa)
(pentru exemple de date tehnice pentru diferite sarcini, vezi anexa de mai jos)

La fel este și cu sursele de alimentare. Puterea lor (capacitatea de încărcare) este caracterizată de un parametru pentru sursele de curent continuu - puterea activă (W) și doi parametri pentru surse. Sursa de curent alternativ. De obicei, acești doi parametri sunt puterea aparentă (VA) și puterea activă (W). Vezi, de exemplu, parametrii grupului generator diesel și UPS-ului.

Majoritatea aparatelor de birou și de uz casnic sunt active (reactanță mică sau deloc), așa că puterea lor este indicată în wați. În acest caz, atunci când se calculează sarcina, se utilizează valoarea Putere UPSîn wați. Dacă sarcina sunt computere cu surse de alimentare (PSU) fără corecție a factorului de putere de intrare (APFC), imprimanta laser, frigider, aparat de aer condiționat, motor electric (de exemplu, o pompă submersibilă sau un motor ca parte a unei mașini), lămpi cu balast fluorescent 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. Fundamente teoretice inginerie electrică. - M.: Centrul editorial „Academia”, 2004.

2. Nemtsov M.V. Electrotehnică și electronică. - M.: Centrul editorial „Academia”, 2007.

3. Chastoedov L. A. Inginerie electrică. - M.: facultate, 1989.

Consultați, de asemenea, puterea AC, factorul de putere, rezistența electrică, reactanța http://en.wikipedia.org
(traducere: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)

Aplicație

Exemplul 1: puterea transformatoarelor și autotransformatoarelor este indicată în VA (Volt Amperi)

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

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 pentru motoarele electrice conțin puterea activă (kW) și cosF

Pentru sarcini precum motoare electrice, lămpi (descărcare), blocuri de calculatoare alimentare, 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).

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 de alimentare pentru PC)

Anexa 1

Dacă sarcina are coeficient ridicat putere (0,8 ... 1,0), atunci proprietățile sale se apropie de cele ale unei sarcini active. 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, multe țări au adoptat standarde care reglementează factorul de putere al echipamentelor.

Anexa 2

Echipamente cu o singură sarcină (de exemplu, o unitate de alimentare pentru PC) și echipamente combinate cu mai multe componente (de exemplu, o mașină de frezat industrială care conține mai multe motoare, un PC, iluminat etc.) au cote mici puterea (mai puțin de 0,8) a unităților interne (de exemplu, un redresor de alimentare pentru PC sau un motor electric au un factor de putere de 0,6 .. 0,8). Prin urmare, în prezent majoritatea echipamentelor au bloc de intrare corector de factor de putere. În acest caz, factorul de putere de intrare este 0,9 ... 1,0, ceea ce corespunde standardelor de reglementare.

Anexa 3. Notă importantă raportat la factorul de putere al UPS-ului și stabilizatorii de tensiune

Capacitatea de sarcină a UPS-ului și a grupului generator diesel 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 alimenta o sarcină rezistivă putere maxima 80 kW, sau sarcină mixtă (reactiv-reactiv) de putere maximă 100 kVA cu un factor de putere inductiv de 0,8.

Cu stabilizatorii de tensiune situația este diferită. Pentru stabilizator, factorul de putere de sarcină este indiferent. De exemplu, un stabilizator 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 de natură capacitivă sau inductivă. Rețineți că acest lucru este valabil pentru o sarcină liniară (fără curenți armonici mai mari). Cu distorsiuni armonice mari ale curentului de sarcină (THD mare) putere de ieșire stabilizatorul scade.

Anexa 4

Exemple ilustrative de sarcini pure active și reactive pure:

• O lampă incandescentă de 100 W este conectată la o rețea de curent alternativ de 220 VAC - peste tot în circuit există curent de conducție (prin conductorii de sârmă și filamentul de tungsten al lămpii). Caracteristici de sarcină (lampi): putere S=P~=100 VA=100 W, PF=1 => toată puterea electrică este activă, ceea ce înseamnă că este complet absorbită în lampă și transformată în energie termică și luminoasă.
• Un condensator nepolar de 7 µF este conectat la o rețea de curent alternativ de 220 VAC - există un curent de conducere în circuitul firului și 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.

Anexa 5

Pentru a indica reactanța predominantă (inductivă sau capacitivă), factorului de putere i se atribuie semnul:

+ (plus)– dacă reactanța totală este inductivă (exemplu: PF=+0,5). Faza curentă rămâne în urmă fazei de tensiune cu un unghi Ф.

- (minus)– dacă reactanța totală este capacitivă (exemplu: PF=-0,5). Faza curentă avansează faza de tensiune cu unghiul F.

Anexa 6

Întrebări suplimentare

Întrebarea 1:
De ce toate manualele de electrotehnică, la calculul circuitelor de curent alternativ, folosesc numere/cantități imaginare (de exemplu, putere reactivă, reactanță etc.) care nu există în realitate?

Răspuns:
Da, toate cantitățile individuale din lumea înconjurătoare sunt reale. Inclusiv temperatura, reactanța etc. Utilizarea numerelor imaginare (complexe) este doar o tehnică matematică care facilitează calculele. Rezultatul calculului este în mod necesar număr real. Exemplu: puterea reactivă a unei sarcini (condensator) de 20 kVAr este un flux de energie real, adică wați reali care circulă în circuitul sursă-sarcină. Dar pentru a distinge acești wați de wați absorbiți iremediabil de sarcină, au decis să numească acești „wați în circulație” volți amperi reactivi.

Comentariu:
Anterior, în fizică se foloseau doar cantități individuale, iar la 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-a studiat mai mult obiecte complexe(lumină, valuri, curent electric alternativ, atom, spațiu etc.) a apărut așa ceva număr mare mărimi fizice pe care a devenit imposibil să le calculăm fiecare separat. Aceasta nu este doar o problemă de calcul manual, ci și o problemă de compilare a programelor de calculator. Pentru a rezolva sarcina dată Mărimile unice apropiate au început să fie combinate în altele mai complexe (inclusiv 2 sau mai multe mărimi simple), supuse legilor de transformare cunoscute în matematică. Așa au apărut mărimile scalare (single) (temperatură, etc.), mărimi vectoriale și complexe duale (impedanță etc.), mărimi vectoriale triple (vector) câmp magnetic etc.), și mărimi mai complexe - matrice și tensori (tensor constant dielectrică, tensor Ricci etc.). Pentru a simplifica calculele în inginerie electrică, sunt utilizate următoarele mărimi duale imaginare (complexe):

1. Rezistența totală (impedanța) Z=R+iX
2. Puterea aparentă S=P+iQ
3. Constanta dielectrica e=e"+ie"
4. Permeabilitatea magnetică m=m"+im"
5. etc.

Întrebarea 2:

Pagina http://en.wikipedia.org/wiki/Ac_power arată S P Q Ф pe un 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, utilizați o reprezentare vectorială (complexă) ca în Fig. superior. Dar asta nu înseamnă că S P Q prezentate în figură nu sunt legate de realitate. Valorile reale ale S P Q pot fi prezentate în în forma obișnuită, pe baza măsurătorilor semnale sinusoidale osciloscop. Valorile lui S P Q Ф I U în circuitul de curent alternativ „sursă-sarcină” depind de sarcină. Mai jos este un exemplu de semnale sinusoidale reale S P Q și Ф pentru cazul unei sarcini constând din rezistențe active și reactive (inductive) conectate în serie.

Întrebarea 3:
Comun cleme de curent iar un multimetru a măsurat curentul de sarcină de 10 A, iar tensiunea de pe sarcină este de 225 V. Înmulțiți și obțineți puterea de sarcină în W: 10 A · 225V = 2250 W.

Răspuns:
Ați obținut (calculat) puterea totală de sarcină de 2250 VA. Prin urmare, răspunsul tău va fi valabil numai dacă sarcina ta este pur rezistivă, atunci într-adevăr Volt Ampere 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, de exemplu APPA137:

Vezi lecturi suplimentare, de exemplu:

Evdokimov F. E. Fundamentele teoretice ale ingineriei electrice. - M.: Centrul de editură „Academia”, 2004.

Nemtsov M.V. Inginerie electrică și electronică. - M.: Centrul editorial „Academia”, 2007.

Chastoedov 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 putere redusă Y.N.Starodubtsev / RadioSoft Moscova 2005 / rev d25d5r4feb2013

Scopul principal în transportul de energie electrică este creșterea eficienței rețelelor. Prin urmare, este necesar să se reducă pierderile. Principala cauză a pierderilor este puterea reactivă, a cărei compensare îmbunătățește semnificativ calitatea energiei electrice.

Puterea reactivă provoacă încălzirea inutilă a firelor și supraîncărcarea substațiilor electrice. Puterea transformatorului și secțiunile cablurilor sunt forțate să fie supraevaluate, iar tensiunea rețelei este redusă.

Conceptul de putere reactivă

Pentru a afla ce este puterea reactivă, trebuie să definiți altele tipuri posibile putere. Când există o sarcină activă (rezistor) în circuit, se consumă doar putere activă, care este cheltuită complet pentru conversia energiei. Aceasta înseamnă că putem formula ce este puterea activă - aceea la care face curentul munca eficienta.

Pe DC Se consumă doar puterea activă, calculată după formula:

Măsurată în wați (W).

În circuitele electrice cu curent alternativ în prezența sarcinilor active și reactive, indicatorul de putere este însumat din două componente: putere activă și reactivă.

1. Capacitivi (condensatori). Caracterizat printr-un avans de fază a curentului față de tensiune;
2. Inductiv (bobine). Caracterizat printr-un decalaj de fază a curentului în raport cu tensiunea.

Dacă luăm în considerare un circuit cu curent alternativ și o sarcină activă conectată (încălzitoare, ceainice, becuri cu filament), curentul și tensiunea vor fi în fază, iar puterea totală luată la un anumit timp de întrerupere se calculează prin înmulțirea tensiunii și curentului. lecturi.

Cu toate acestea, atunci când circuitul conține componente reactive, citirile de tensiune și curent nu vor fi în fază, ci vor diferi cu o anumită cantitate determinată de unghiul de decalaj „φ”. Profitând într-un limbaj simplu, se spune că sarcina reactiva returnează circuitului electric atâta energie cât consumă. Ca rezultat, se dovedește că pentru consumul de energie activă indicatorul va fi zero. În același timp, un curent reactiv curge prin circuit, care nu efectuează nicio muncă eficientă. În consecință, puterea reactivă este consumată.

Puterea reactivă este partea de energie care vă permite să instalați câmpuri electromagnetice cerut de echipamentul AC.

Puterea reactivă se calculează folosind formula:

Q = U x I x sin φ.

Unitatea de măsură pentru puterea reactivă este VAR (volt-ampere reactiv).

Expresie pentru puterea activă:

P = U x I x cos φ.

Relația dintre puterea activă, reactivă și aparentă pentru curent sinusoidal valori variabile reprezentat geometric prin trei laturi triunghi dreptunghic, numit triunghiul puterii. Circuitele electrice AC consumă două tipuri de energie: putere activă și putere reactivă. În plus, puterea activă nu este niciodată negativă, în timp ce puterea reactivă poate fi fie pozitivă (cu o sarcină inductivă) fie negativă (cu o sarcină capacitivă).

Important! Din triunghiul puterii este clar că este întotdeauna util să se reducă componenta reactivă pentru a crește eficiența sistemului.

Puterea aparentă nu se găsește ca sumă algebrică a valorilor puterii active și reactive, este o sumă vectorială a lui P și Q. Valoarea sa cantitativă este calculată prin extragerea rădăcină pătrată din suma pătratelor indicatorilor de putere: activ și reactiv. Puterea totală poate fi măsurată în VA (volt-amperi) sau derivatele sale: kVA, mVA.

Pentru a calcula puterea totală, este necesar să se cunoască diferența de fază dintre valorile sinusoidale ale lui U și I.

Factorul de putere

Folosind o imagine vectorială reprezentată geometric, puteți găsi raportul dintre laturile triunghiului corespunzător puterii utile și totale, care va fi egal cu cosinusul phi sau coeficientul de putere:

Acest coeficient determină eficiența rețelei.

Numărul de wați consumați este același cu numărul de volți consumați la un factor de putere de 1 sau 100%.

Important! Cu cât cos φ este mai mare sau cu cât unghiul de deplasare este mai mic, cu atât puterea totală este mai aproape de valoarea activă mărimi sinusoidale curent si tensiune.

Dacă, de exemplu, există o bobină pentru care:

• P = 80 W;
• Q = 130 VAR;
• atunci S = 152,6 BA ca rădăcină pătrată medie;
• cos φ = P/S = 0,52 sau 52%

Putem spune că bobina necesită 130 VAr de putere totală pentru a face 80 W de muncă utilă.

Corecția cos φ

Pentru corectarea cos φ se folosește faptul că la sarcină capacitivă și inductivă, vectorii de energie reactivă sunt în antifază. Deoarece majoritatea sarcinilor sunt inductive, prin conectarea unui condensator, puteți crește cos φ.

Principalii consumatori de energie reactivă:

1. Transformatoare. Sunt înfășurări care au cuplaj inductiv și transformă curenți și tensiuni prin câmpuri magnetice. Aceste dispozitive sunt elementul principal al rețelelor electrice care transmit energie electrică. Pierderile cresc mai ales atunci când funcționează la ralanti și la sarcină redusă. Transformatoarele sunt utilizate pe scară largă în producție și în viața de zi cu zi;
2. Cuptoare cu inducție, în care metalele sunt topite prin crearea de curenți turbionari în ele;
3. O motoare sincrone. Cel mai mare consumator de energie reactivă. Cuplul din ele este creat de câmpul magnetic alternativ al statorului;
4. Convertoare de putere electrică, cum ar fi redresoarele de putere utilizate pentru alimentare reteaua de contact transport feroviar si altele.

Băncile de condensatoare sunt conectate la substații electrice pentru a controla tensiunea în limite niveluri stabilite. Sarcina variază pe parcursul zilei cu vârfuri de dimineață și seara, precum și pe parcursul săptămânii, scăzând în weekend, ceea ce modifică citirile de tensiune. Prin conectarea și deconectarea condensatoarelor, nivelul acestuia este variat. Acest lucru se face manual și folosind automatizare.

Cum și unde se măsoară cos φ

Puterea reactivă se verifică prin modificarea cos φ dispozitiv special- contor de fază. Scara sa este gradată în valori cantitative ale cos φ de la zero la unu în sectoarele inductiv și capacitiv. Compensați în totalitate impact negativ inductanța nu va reuși, dar este posibil să vă apropiați de valoarea dorită - 0,95 în zona inductivă.

Contoarele de fază sunt utilizate atunci când se lucrează cu instalații care pot afecta modul de funcționare al rețelei electrice prin reglarea cos φ.

1. Deoarece calculele financiare pentru energia consumată iau în considerare și componenta sa reactivă, fabricile instalează compensatoare automate pe condensatoare, a căror capacitate poate varia. Rețelele folosesc de obicei condensatori statici;
2. Când reglați cos φ în generatoarele sincrone prin modificarea curentului de excitare, este necesar să îl monitorizați vizual în modurile de funcționare manuale;
3. Compensatoarele sincrone, care sunt motoare sincrone care funcționează fără sarcină, furnizează energie rețelei în modul de supraexcitare, care compensează componenta inductivă. Pentru a regla curentul de excitare, observați citirile cos φ folosind un contor de fază.

Corecția factorului de putere este una dintre cele mai eficiente investiții pentru reducerea costurilor energetice. În același timp, calitatea energiei primite se îmbunătățește.

Video