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. Poate a folosit-o cineva? Economisiți cu adevărat energie? Și mai scriu că îmbunătățesc calitatea energiei electrice și astfel previn deteriorarea aparatelor electrice. Aș dori să aud feedback.

Atunci când se calculează puterea electrică consumată de orice dispozitiv electric sau de uz casnic, se ia de obicei în considerare așa-numita putere totală a curentului electric care efectuează anumite lucrări în circuitul unei sarcini date. Conceptul de „putere maximă” înseamnă toată puterea care este consumată de aparatul electric și include atât componenta activă, cât și componenta 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 dată în Volți-Amperi (VA). Diverse dispozitive - consumatorii de energie electrică pot funcționa în circuite care au 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.). Aparatele electrice individuale 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 putere activă de 1 kW indicată în pașaportul dispozitivului, acesta va consuma întreaga putere de 1 kVA din rețea.

Componenta reactivă a curentului electric apare numai în circuitele care conțin elemente reactive (inductanțe și capacități) și este cheltuită de obicei pentru încălzirea inutilă a conductorilor care alcătuiesc acest circuit. Un exemplu de astfel de sarcini reactive sunt motoarele electrice de diferite tipuri, uneltele electrice portabile (burghii electrice, polizoare, șlefuitoare de perete etc.), precum și 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 putere în VA, este necesar să se împartă puterea activă (W) la factorul cosφ.

Exemplu: dacă burghiul electric are o putere de 600 W și cosφ = 0,6, atunci rezultă că puterea totală consumată de unealtă este de 600 / 0,6 = 1000 VA. În absența datelor despre cosφ, puteți lua valoarea sa aproximativă, care pentru o unealtă electrică de acasă este de aproximativ 0,7.

Când luăm în considerare problema componentelor active și reactive ale electricității (mai precis, puterea acesteia), ne referim de obicei la acele fenomene care apar în circuitele de curent alternativ. S-a dovedit că diferitele sarcini din circuitele AC se comportă destul de diferit. Unele sarcini folosesc energia care le este transmisă în scopul propus (adică, pentru a efectua lucrări utile), în timp ce un alt tip de sarcină stochează mai întâi această energie și apoi o restituie sursei de energie.

În funcție de tipul 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 de pe ea ( nu există schimbare de fază).

2. Tipul reactiv de sarcină se caracterizează prin faptul că la început (pentru o anumită perioadă de timp), acumulează energia furnizată de sursa de energie. Apoi energia stocată (într-o anumită perioadă de timp) este returnată acestei surse. Astfel de sarcini includ elemente ale circuitelor electrice, cum ar fi condensatoare și inductori, precum și dispozitive care le conțin. În același timp, într-o astfel de sarcină, există o defazare egală cu 90 de grade între tensiune și curent. Deoarece scopul principal al sistemelor de alimentare existente este livrarea utilă a energiei electrice de la producător direct către consumator (mai degrabă decât pomparea acesteia înainte și înapoi) - componenta de putere reactivă este de obicei considerată o caracteristică dăunătoare a circuitului.

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

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

Pentru a înțelege ce implică termenul „putere reactivă”,

Amintiți-vă definiția conceptului de putere electrică. Aceasta este o cantitate fizică care exprimă rata de transport, consum sau generare a energiei electrice la un anumit moment.

Cu cât nivelul de putere este mai mare, cu atât este mai mare performanța unei instalații electrice într-o anumită unitate de timp. Termenul „putere instantanee” înseamnă produsul dintre curent și tensiune pentru unul dintre momentele din orice secțiune a circuitului electric.

Să luăm în considerare aspectul fizic al procesului.

Dacă luăm circuite în care apare curent continuu, atunci valoarea 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 dată sarcinii.

În cazul unei sarcini inductive, cum ar fi la motoarele electrice, atunci curentul are un decalaj de fază față de tensiune, iar dacă este capacitiv, ceea ce este cazul la diferite dispozitive electrice, atunci curentul, dimpotrivă, este înainte. a tensiunii în fază. Deoarece tensiunea și curentul nu au o potrivire de fază (cu o sarcină reactivă), atunci întreaga putere intră în sarcină doar parțial, ar putea dispare complet dacă schimbarea de fază a fost zero, adică sarcina activă.

Care este diferența dintre puterea reactivă și cea activă

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

Iar puterea care nu a fost transferată la sarcină și din cauza căreia au avut loc pierderi de radiații 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, prescurtat var sau var. În viață, însă, o altă valoare de măsurare este mai comună - cosinus phi, ca valoare care măsoară calitatea unei instalații electrice sub aspectul economisirii energiei electrice. De fapt, valoarea cos φ depinde de cantitatea de energie care, atunci când este furnizată de la sursă, merge la sarcină. Prin urmare, este foarte posibil să folosiți o sursă nu foarte puternică, apoi, în consecință, o cantitate mai mică de energie nu va ajunge nicăieri.

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 o valoare suficientă de 0,7-0,9. Așa se face compensarea puterii reactive.

Care este avantajul compensării puterii reactive?

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

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

Să tragem o linie:

După cum am înțeles, instalațiile de compensare a puterii reactive ajută la economisirea semnificativă a finanțelor, precum și la creșterea duratei de viață a echipamentului, din următoarele motive:

1) sarcina pe transformatoarele de putere este redusă, ceea ce crește durabilitatea acestora.

2) Nivelul de sarcină pe cabluri și fire este redus și, de asemenea, puteți economisi bani cumpărând cabluri mai mici.

3) Creșterea nivelului calității energiei electrice a receptoarelor electrice.

4) Nu există pericolul plății amenzilor pentru reducerea cos φ.

5) valoarea armonicilor superioare din rețea scade.

6) se reduce cantitatea de energie electrică consumată.

Amintiți-vă încă o dată că energia reactivă și puterea scad rezultatele sistemului de alimentare, datorită faptului că încărcarea curenților reactivi pe generatoarele centralelor electrice duce la o creștere a volumului de combustibil consumat și a mărimii pierderilor în alimentare. crește și rețelele și receptoarele și, în sfârșit, nivelul căderii de tensiune în rețele.

Puterea activă și reactivă sunt consumatori de energie electrică pentru aceasta și consumatori pentru a consuma această energie. Consumatorul este interesat de energia, al cărei consum este benefic pentru el, această energie poate fi numită utilă, dar în inginerie electrică este numită în mod obișnuit activă. Aceasta este energia care este folosită pentru încălzirea încăperilor, gătirea alimentelor, producerea de frig și este transformată în energie mecanică (funcționarea burghiilor electrice, ciocanelor rotative, pompelor electrice etc.).

Pe lângă electricitatea activă, există și electricitate reactivă. Aceasta este acea parte din energia totală care nu este cheltuită pentru muncă utilă. După cum reiese din cele de mai sus, puterea aparentă este puterea activă și puterea reactivă în ansamblu.

În ceea ce privește puterea activă și reactivă, interesele conflictuale ale consumatorilor de energie electrică și ale furnizorilor acesteia se ciocnesc. Este benefic ca consumatorul sa plateasca doar pentru energia electrica utila consumata de el, este benefic ca furnizorul sa primeasca plata pentru cantitatea de energie electrica activa si reactiva. Pot fi reconciliate aceste cerințe aparent contradictorii? Da, dacă reduceți cantitatea de electricitate reactivă la zero. Luați în considerare dacă acest lucru este posibil și cât de aproape de ideal poate fi.

Putere activă și reactivă

Putere activă

Există consumatori de energie electrică la care puterea totală și cea activă sunt aceleași. Aceștia sunt consumatori a căror sarcină este reprezentată de rezistențe active (rezistențe). Printre aparatele electrice de uz casnic, exemple de o astfel de încărcare sunt lămpile cu incandescență, sobele electrice, cuptoare și cuptoare, încălzitoare, fiare de călcat, fiare de lipit etc.

Specificat pentru aceste dispozitive în pașaport, este în același timp putere activă și reactivă. Acesta este cazul când puterea de sarcină poate fi determinată prin formula cunoscută de la cursul de fizică a școlii prin înmulțirea curentului de sarcină cu tensiunea rețelei. Curentul se măsoară în amperi (A), tensiunea în volți (V), puterea în wați (W). Arzătorul unei sobe electrice într-o rețea cu o tensiune de 220 V la un curent de 4,5 A consumă putere 4,5 x 220 \u003d 990 (W).

Putere reactivă

Uneori, mergând pe stradă, puteți vedea că ferestrele balcoanelor sunt acoperite din interior cu o peliculă subțire strălucitoare. Această peliculă a fost îndepărtată de pe condensatoarele electrice defecte instalate în anumite scopuri la substațiile 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 structural principal este un anumit material conductor (un conductor de wolfram în lămpile cu incandescență, o spirală de nicrom într-o sobă electrică etc.). Într-un condensator, elementul principal este un curent electric neconductor (film subțire de polimer sau hârtie înmuiată cu ulei).

Putere capacitivă reactivă

Frumoasele filme strălucitoare pe care le-ați văzut pe balcon sunt plăci de condensatoare din material subțire conductiv. Condensatorul este remarcabil prin faptul că poate acumula energie electrică și apoi o poate oferi - un fel de astfel de baterie. Dacă porniți condensatorul într-o rețea de curent continuu, acesta va fi încărcat cu un impuls scurt de curent și apoi nu va curge curent prin el. Puteți readuce condensatorul la starea inițială prin deconectarea acestuia de la sursa de tensiune și conectarea unei sarcini la plăcile sale. De ceva timp, un curent electric va curge prin sarcină, iar un condensator ideal oferă încărcăturii exact la fel de multă energie electrică pe care a primit-o la încărcare. Un bec conectat la bornele condensatorului poate clipi pentru o perioadă scurtă de timp, rezistorul electric se va încălzi, iar o persoană neglijentă poate fi „agitată” sau chiar ucisă dacă există suficientă tensiune la bornele și cantitatea de electricitate stocată. .

O imagine interesantă se obține atunci când condensatorul este conectat la o sursă de tensiune electrică alternativă. Deoarece polaritatea și valoarea instantanee a tensiunii se modifică constant la sursa de tensiune alternativă (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 AC, ci o va conduce cu 90 °, adică. pentru un sfert de perioadă.

Acest lucru va duce la faptul că, în total, condensatorul consumă energie din rețea pentru jumătate din perioada tensiunii alternative și emite jumătate din perioadă, în timp ce puterea electrică activă totală consumată este 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-un condensator electric de 4 μF conectat la o rețea de 220 V, curge un curent de aproximativ 0,3 A. Aceasta înseamnă că condensatorul consumă 0,3 x 220 \u003d 66 (VAr) putere reactivă - comparabilă cu puterea unei lămpi cu incandescență medie , dar condensatorul, spre deosebire de lampă, nu luminează și nu se încălzește.

Putere inductivă reactivă

Dacă curentul conduce tensiunea într-un condensator, 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 un anumit număr de spire de sârmă foarte conductivă înfășurată în jurul unui miez închis 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). Un transformator fără sarcină bine proiectat 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, apare o întrebare interesantă - ce se întâmplă dacă sarcinile capacitive și inductive sunt conectate 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 absența completă a curentului în circuitul comun care le unește. 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 în curs.

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 mixte activ-inductiv. Acestea sunt burghie electrice, ciocane rotative, motoare electrice de frigidere, mașini de spălat și alte aparate de uz casnic. Acestea includ, de asemenea, transformatoare electrice pentru sursele de energie ale echipamentelor radio-electronice de uz casnic și stabilizatoare de tensiune. În cazul unei astfel de sarcini mixte, pe lângă puterea activă (utilă), sarcina consumă și putere reactivă, ca urmare, puterea maximă eșuează mai mult decât puterea activă. Puterea aparentă este măsurată în Volți-Amperi (VA) și este întotdeauna produsul dintre curentul de sarcină și tensiunea de sarcină.

Misteriosul „cosinus phi”

Raportul dintre puterea activă și puterea totală se numește „cosinus phi” în inginerie electrică. Notat 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. Pentru cazurile sarcinilor pur capacitive sau inductive, în care 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 considerat egal 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 fracțiune din perioada de energie reactivă este consumată și o parte este dată, nu este nevoie să plătiți pentru puterea reactivă. Dar diavolul, după cum știți, stă 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 deja reală. pentru „reexcitarea” ei.

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

Consumatorul găsește o oportunitate de a plăti mai puțin

Dacă consumatorul plătește separat puterea activă și reactivă consumată. Este gata să suporte costuri suplimentare și să instaleze la întreprinderea sa bănci de condensatoare, pornite strict conform programului, în funcție de statisticile medii ale consumului de energie electrică pe ore din zi.

De asemenea, este posibil să se instaleze dispozitive speciale (compensatoare de putere reactivă) la întreprindere care conectează automat condensatoare, în funcție de mărimea și natura puterii consumate în prezent. Aceste compensatoare vă permit să creșteți valoarea factorului de putere de la 0,6 la 0,97, adică aproape la unitate.

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

În ceea ce privește consumatorii individuali, din cauza puterii relativ scăzute 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. Acestea. în prezent, nici măcar nu există posibilitatea tehnică de a factura unui consumator individual pentru puterea reactivă consumată.

Consumatorul nu are stimulente speciale 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 o sarcină inductivă este deconectată. În spatele contorului electric (și în fața contorului, dar consumatorul nu plătește pentru asta), ceea ce va provoca un consum de energie activă cu o creștere corespunzătoare a facturii de plată, iar compensatoarele automate sunt scumpe și este puțin probabil să justifice costul a achiziției lor.

Un alt lucru este că producătorul instalează uneori condensatori de compensare la intrarea consumatorilor cu o componentă de sarcină inductivă. Acești condensatori, atunci când sunt selectați corespunzător, vor reduce oarecum pierderile de energie în firele de alimentare, în timp ce vor crește ușor tensiunea pe 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 o centrală electrică la un scut de apartament. Datorită componentei reactive a curentului complet, care va reduce pierderile de energie în linii și va crește eficiența sistemelor 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 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 (condensatori 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 precizie 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; Încă doi parametri sunt utilizați și pentru a caracteriza puterea de sarcină: puterea totală și factorul de putere. Toate aceste 4 opțiuni:

1. Puterea activă: desemnare P, unitate: Watt
2. Putere reactivă: denumire Q, unitate: VAR(Volt Ampere Reactiv)
3. Putere brută: desemnare S, unitate: VA(Volt Amperi)
4. 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

La fel cosФ se numește factor de putere ( factor de putere – PF)

Prin urmare, în inginerie electrică, oricare 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 încărcare) este caracterizată de un parametru pentru sursele de curent continuu - puterea activă (W) și doi parametri pentru sursă. alimentare AC. De obicei, acești doi parametri sunt puterea aparentă (VA) și puterea activă (W). Vezi, de exemplu, parametrii grupului electrogen și UPS.

Majoritatea aparatelor de birou și de uz casnic sunt active (nu există reactanță sau puțină), așa că 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)

Aplicație

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)

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 (condensatori 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 de alimentare pentru computer)

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 mici (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 80 kW sau o sarcină mixtă (activ-reactivă) de putere maximă 100 kVA 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 curent alternativ 220 VAC - există curent de conducție peste tot în circuit (prin conductorii de sârmă 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 complet absorbită în lampă și se transformă în căldură și putere 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 wați 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 obiectele mai complexe (lumină, unde, curent electric alternativ, atom, spațiu etc.) au fost studiate, 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, mărimile unice apropiate au început să fie combinate în altele mai complexe (inclusiv 2 sau mai multe mărimi simple), respectând legile de transformare cunoscute în matematică. Așa au apărut mărimile scalare (single) (temperatură etc.), vectoriale și complexe duale (impedanță etc.), vector triple (vector câmp magnetic etc.) și mărimi mai complexe - matrice și tensoare (dielectrice). tensor de permitivitate, tensor Ricci și alții). Pentru a simplifica calculele în inginerie electrică, sunt utilizate următoarele mărimi duale imaginare (complexe):

1. Impedanta (impedanta) Z=R+iX
2. Puterea aparentă S=P+iQ
3. Constanta dielectrica e=e"+ie"
4. Permeabilitatea magnetică m=m"+im"
5. 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 lui 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

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, stațiile electrice sunt supraîncărcate. Puterea transformatorului și secțiunile cablurilor sunt forțate să fie supraevaluate, tensiunea rețelei este redusă.

Conceptul de putere reactivă

Pentru a afla ce este puterea reactivă, este necesar să se definească alte tipuri posibile de putere. Când există o sarcină activă (rezistor) în circuit, este consumată doar puterea activă, care este cheltuită complet pentru conversia energiei. Aceasta înseamnă că putem formula ce este puterea activă, - cea la care curentul lucrează eficient.

La curent continuu, se consumă doar putere activă, calculată după formula:

Măsurată în wați (W).

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

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

Dacă luăm în considerare un circuit AC cu o sarcină rezistivă conectată (încălzitoare, ibrice, becuri cu filament), curentul și tensiunea vor fi în fază, iar puterea aparentă, luată la un anumit interval de timp, se calculează prin înmulțirea citirilor de tensiune și curent. .

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 deplasare „φ”. În termeni simpli, se spune că o sarcină reactivă returnează circuitului 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, fără a efectua o muncă eficientă. Prin urmare, se consumă putere reactivă.

Puterea reactivă este porțiunea de energie care permite stabilirea câmpurilor electromagnetice necesare echipamentelor AC.

Calculul puterii reactive se efectuează după formula:

Q \u003d U x I x sin φ.

Unitatea de măsură pentru puterea reactivă este VAr (voltamper reactiv).

Expresie pentru puterea activă:

P = U x I x cos φ.

Relația dintre puterea activă, reactivă și aparentă pentru un curent variabil sinusoidal este reprezentată geometric de cele trei laturi ale unui triunghi dreptunghic, numit triunghi de putere. Circuitele electrice AC consumă două tipuri de energie: putere activă și putere reactivă. În plus, valoarea puterii active 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 se poate observa că este întotdeauna benefic 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 se calculează luând rădăcina pătrată a sumei pătratelor indicatorilor de putere: activ și reactiv. Puterea aparentă poate fi măsurată în VA (voltamper) sau derivatele sale: kVA, mVA.

Pentru ca puterea aparentă să fie calculată, diferența de fază dintre valorile sinusoidale U și I trebuie cunoscută.

Factor 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 factorul de putere:

Acest coeficient găsește eficiența rețelei.

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

Important! Puterea maximă este cu cât este mai aproape de indicatorul activ, cu cât cos φ este mai mare sau cu atât este mai mic unghiul de deplasare al valorilor sinusoidale ale curentului și tensiunii.

Dacă, de exemplu, există o bobină pentru care:

• P = 80 W;
• Q = 130 VAR;
• apoi S = 152,6 BA ca RMS;
• cos φ = P/S = 0,52 sau 52%

Putem spune că bobina necesită 130 de vars de putere maximă pentru a face o muncă utilă de 80 de wați.

corectarea 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 unei capacități, se poate obține o creștere a cos φ.

Principalii consumatori de energie reactivă:

1. Transformatoare. Sunt înfășurări cu conexiune inductivă și care convertesc curenți și tensiuni prin intermediul câmpurilor magnetice. Aceste dispozitive sunt elementul principal al rețelelor electrice care transmit energie electrică. Pierderile cresc mai ales la ralanti și la sarcină mică. 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. motoare asincrone. Cel mai mare consumator de energie reactivă. Cuplul din ele este creat prin intermediul unui câmp magnetic alternativ al statorului;
4. Convertoare de energie electrică, cum ar fi redresoarele utilizate pentru alimentarea rețelei de contact a transportului feroviar și altele.

Băncile de condensatoare sunt conectate în stații electrice pentru a controla tensiunea în limitele prescrise. 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. Conectarea și deconectarea condensatoarelor variază nivelul acestuia. Acest lucru se face manual și cu ajutorul automatizării.

Cum și unde se măsoară cos φ

Puterea reactivă este verificată prin schimbarea cos φ cu un dispozitiv special - un contor de fază. Scara sa este gradată în valori cantitative cos φ de la zero la unu în sectoarele inductiv și capacitiv. Nu va fi posibil să se compenseze complet efectul negativ al inductanței, dar este posibil să se apropie indicatorul dorit - 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 componenta reactivă este luată în considerare și în calculele financiare pentru energia consumată, pe condensatoare în producție sunt instalate compensatoare automate, a căror capacitate poate varia. În rețele, de regulă, se folosesc condensatori statici;
2. Când reglați cos φ pentru generatoarele sincrone prin schimbarea 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, în modul supraexcitat, furnizează energie rețelei, care compensează componenta inductivă. Pentru a regla curentul de excitație, citirile cos φ sunt observate pe contorul de fază.

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

Video