ed è la somma di due grandezze, una delle quali è costante nel tempo, e l'altra pulsa con doppia frequenza.
Valore medio p(t) per il periodo T si dice potenza attiva ed è completamente determinato dal primo termine dell'equazione (5.1): 
Potenza attiva caratterizza l'energia consumata irreversibilmente dalla fonte nell'unità di tempo per la produzione di lavoro utile da parte del consumatore. L'energia attiva consumata dalle utenze elettriche viene convertita in altri tipi di energia: energia meccanica, termica, aria compressa e gas, ecc.
Il valore medio del secondo termine della potenza istantanea (1.1) (pulsa con una doppia frequenza) nel tempo T è zero, cioè la sua creazione non richiede alcun costo materiale e quindi non può svolgere lavoro utile. Tuttavia, la sua presenza indica che c'è processo reversibile scambio di energia. Ciò è possibile se esistono elementi in grado di accumulare e rilasciare energia elettromagnetica - capacità e induttanza. Questo componente caratterizza la potenza reattiva.
piena potenza sui terminali del ricevitore in forma complessa può essere rappresentato come segue:
| . | (5.2) |
Unità di potenza apparente S = UI - VA.
Potere reattivo- un valore che caratterizza i carichi creati nei dispositivi elettrici dalle fluttuazioni (scambio) di energia tra la sorgente e il ricevitore. Per una corrente sinusoidale, è uguale al prodotto dei valori di corrente efficaci IO e stress U dal seno dell'angolo di sfasamento tra di loro: Q = interfaccia utente sinφ. Unità di misura - VAr.
La potenza reattiva non è correlata al lavoro utile del PE e viene spesa solo per la creazione di campi elettromagnetici variabili in motori elettrici, trasformatori, dispositivi, linee, ecc.
Per la potenza reattiva sono accettati concetti come generazione, consumo, trasmissione, perdite, equilibrio. Si ritiene che se la corrente è in ritardo di fase rispetto alla tensione (la natura induttiva del carico), la potenza reattiva viene consumata e ha segno positivo, e se la corrente anticipa la tensione (natura capacitiva del carico), allora la potenza reattiva viene generata e ha un valore negativo.
I principali consumatori di potenza reattiva nelle imprese industriali sono motori asincroni (60-65% del consumo totale), trasformatori (20-25%), convertitori di valvole, reattori, reti elettriche aeree e altri ricevitori (10%).
Il trasferimento di potenza reattiva carica le reti elettriche e le apparecchiature in esse installate, riducendone la portata. La potenza reattiva è generata da generatori sincroni di centrali elettriche, compensatori sincroni, motori sincroni (controllo della corrente di eccitazione), banchi di condensatori (BC) e linee elettriche.
La potenza reattiva generata dalla capacità di rete è del seguente ordine di grandezza: una linea aerea a 20 kV genera 1 kvar per 1 km di linea trifase; cavo interrato 20 kV - 20 kvar/km; linea aerea 220 kV - 150 kvar/km; cavo interrato 220 kV - 3 MVAr/km.
Fattore di potenza e fattore di potenza reattivo.
La rappresentazione vettoriale delle grandezze che caratterizzano lo stato della rete conduce alla rappresentazione della potenza reattiva Q vettore perpendicolare al vettore di potenza attiva R(figura 5.2). La loro somma vettoriale dà la potenza totale S.
Riso. 5.1. Triangolo del Potere
Secondo fig. 5.1 e (5.2) ne consegue che S 2 \u003d P 2 + Q 2; tgφ = Q/P; cosφ = P/S.
Il principale indicatore standard che caratterizzava la potenza reattiva era in precedenza il fattore di potenza cosφ. Agli input che forniscono un'impresa industriale, il valore medio ponderato di questo coefficiente avrebbe dovuto essere compreso tra 0,92 e 0,95. Tuttavia, la scelta del rapporto P/S come normativo, non dà un'idea chiara della dinamica dei cambiamenti nel valore reale della potenza reattiva. Ad esempio, quando il fattore di potenza passa da 0,95 a 0,94, la potenza reattiva cambia del 10% e quando lo stesso fattore passa da 0,99 a 0,98, l'incremento di potenza reattiva è già del 42%. Nei calcoli è più conveniente operare con la relazione tgφ = Q/P, che si chiama fattore di potenza reattivo.
Sono determinate le imprese con una potenza allacciata superiore a 150 kW (ad eccezione dei consumatori "domestici"). limiti del fattore di potenza reattiva consumato durante le ore di elevati carichi giornalieri della rete elettrica - dalle 7 alle 23 ore (Ordinanza del Ministero dell'Industria e dell'Energia della Federazione Russa del 22 febbraio 2007 n. 49 "Sulla procedura per il calcolo dei valori del rapporto tra il consumo di potenza attiva e reattiva per i singoli dispositivi di ricezione di energia dei consumatori energia elettrica utilizzato per determinare le obbligazioni delle parti nei contratti di prestazione di servizi per la trasmissione di energia elettrica”.
Limiti del fattore di potenza reattivo (tgφ) sono normalizzati a seconda della posizione del punto (tensione) di connessione del consumatore alla rete. Per una tensione di rete di 100 kV tgφ = 0,5; per reti da 35, 20, 6 kV - tgφ = 0,4 e per una rete da 0,4 kV - tgφ = 0,35.
L'introduzione di nuovi documenti direttivi sulla compensazione della potenza reattiva era finalizzata a migliorare l'efficienza dell'intero sistema di alimentazione dai generatori del sistema di alimentazione ai ricevitori di potenza.
Con l'introduzione del fattore di potenza reattiva, è diventato possibile rappresentare le perdite di potenza attiva in termini di potenza attiva o reattiva: R= (P 2 /U 2) R(l + abbronzatura 2φ).
Angolo tra vettori di potenza R E S corrisponde all'angolo φ tra i vettori della componente di corrente attiva IO a e piena corrente IO, che a sua volta è la somma vettoriale della corrente attiva IO a, che è in fase con tensione e corrente reattiva IO p con un angolo di 90° rispetto ad esso. Questa disposizione delle correnti è una tecnica di progettazione associata alla scomposizione in potenza attiva e reattiva, che può essere considerata naturale.
La maggior parte dei consumatori ha bisogno di potenza reattiva perché funzionano modificando il campo magnetico. Per i motori più comuni in funzionamento normale, possono essere forniti i seguenti valori approssimativi di tgφ.
Al momento dell'avviamento dei motori è richiesta una notevole quantità di potenza reattiva, mentre tgφ = 4-5 (cosφ = 0,2-0,24).
Le macchine sincrone hanno la capacità di consumare o fornire potenza reattiva a seconda del grado di eccitazione.
Nei generatori e nei motori sincroni, la taglia dei circuiti di eccitazione limita la possibilità di fornire potenza reattiva a valori massimi tgφ = 0,75 (cosφ = 0,8) o fino a tgφ = 0,5 (cosφ = 0,9) (Tabella 5.1).
I motori sincroni prodotti dall'industria domestica sono progettati per un fattore di potenza principale (cosφ = 0,9) e con un carico attivo nominale P nom e tensione U nominale può generare potenza reattiva nominale Q nom ≈ 0.5 P nom.
Quando SM è sottocarico in termini di potenza attiva β = P/P nom< 1 возможна перегрузка по реактивной мощности α = Q/Q nom > 1.
Il vantaggio di SM utilizzato per la compensazione della potenza reattiva rispetto a CB è la possibilità di una regolazione uniforme della potenza reattiva generata. Lo svantaggio è che le perdite attive per la generazione di potenza reattiva per SM sono maggiori rispetto a CB.
Ulteriori perdite attive nell'avvolgimento SM causate dalla potenza reattiva generata all'interno del cosφ variano da 1 a 0,9 alla potenza attiva nominale SM pari a P nom, kW:
R nom = Q 2 numero R /U 2 nom,
Dove Q nom - potenza reattiva nominale di SM, kV Ar; R- resistenza di una fase dell'avvolgimento del LED allo stato riscaldato, Ohm; U nom - tensione nominale della rete, kV.
Nei sistemi di alimentazione imprese industriali CB compensa la potenza reattiva della parte base (principale) delle curve di carico e SD riduce i picchi di carico del grafico.
Tabella 5.1
Dipendenze del fattore di sovraccarico dalla potenza reattiva dei motori sincroni th
Compensatori sincroni.
Una varietà di SD sono compensatori sincroni (SC), che sono SD senza carico sull'albero. Attualmente viene prodotto SC con una capacità di oltre 5000 kV?Ar. Loro hanno uso limitato nelle reti industriali. Per migliorare la qualità della tensione nei circuiti elettrici ad alta potenza con un carico d'urto fortemente variabile (forni ad arco, laminatoi, ecc.), vengono utilizzati SC.
Dispositivi di compensazione a tiristori statici.
Nelle reti con un carico d'urto fortemente variabile a una tensione di 6-10 kV, si consiglia di utilizzare non banchi di condensatori, ma speciali fonti di energia reattiva ad alta velocità (RRP), che dovrebbero essere installate vicino a tale EP. Lo schema IRM è mostrato in fig. 5.2. Utilizza le induttanze come induttanza regolabile L.R e contenitori non regolamentati CON 1-CON 3.
Riso. 5.2. Fonti di energia reattiva veloce
La regolazione dell'induttanza viene eseguita da gruppi di tiristori CONTRO i cui elettrodi di controllo sono collegati al circuito di controllo. I vantaggi dell'RPM statico sono l'assenza di parti rotanti, la relativa scorrevolezza della regolazione della potenza reattiva fornita alla rete, la possibilità di un sovraccarico di potenza reattiva triplo e quadruplo. Gli svantaggi includono la comparsa di armoniche più elevate, che possono verificarsi con una profonda regolazione della potenza reattiva.
A causa di ulteriori perdite di potenza nella rete causate dal consumo di potenza reattiva, il consumo totale di elettricità aumenta. Pertanto, la riduzione dei flussi di potenza reattiva è uno dei compiti principali nel funzionamento delle reti elettriche.
La potenza reattiva è la parte di energia elettrica restituita dal carico alla sorgente. Il verificarsi di una situazione è considerato dannoso.
Il verificarsi di potenza reattiva
Supponiamo che il circuito contenga un alimentatore CC e un'induttanza ideale. L'accensione del circuito genera un processo transitorio. La tensione tende a raggiungere il valore nominale, la crescita è attivamente impedita dal proprio collegamento di flusso dell'induttanza. Ogni bobina di filo è piegata in un percorso circolare. Il campo magnetico generato attraverserà il segmento adiacente. Se i turni si trovano uno dopo l'altro, la natura dell'interazione aumenterà. Il considerato è chiamato il proprio collegamento di flusso.
La natura del processo è la seguente: l'EMF indotto impedisce i cambiamenti nel campo. La corrente sta cercando di crescere rapidamente, il collegamento del flusso si ritira. Invece di un gradino, vediamo una sporgenza levigata. Energia campo magnetico speso per ostacolare il processo che lo ha creato. Il caso della potenza reattiva. La fase differisce da quella utile, danneggia. Ideale: la direzione del vettore è perpendicolare alla componente attiva. Resta inteso che la resistenza del filo è zero (allineamento fantastico).
Quando il circuito viene spento, il processo si ripeterà in ordine inverso. La corrente tende a scendere istantaneamente a zero, l'energia viene immagazzinata nel campo magnetico. Perdere l'induttanza, la transizione avverrà all'improvviso, il collegamento di flusso conferisce al processo un colore diverso:
- Una diminuzione della corrente provoca una diminuzione dell'intensità del campo magnetico.
- L'effetto prodotto induce la forza controelettromotrice delle virate.
- Di conseguenza, dopo che l'alimentazione è stata interrotta, la corrente continua ad esistere, svanendo gradualmente.
Grafici di tensione, corrente, potenza
La potenza reattiva è un certo legame di inerzia, costantemente in ritardo, che interferisce. La prima domanda è: perché allora abbiamo bisogno di induttanze? Oh, ne hanno abbastanza qualità utili. I vantaggi fanno sopportare la potenza reattiva. Un effetto positivo comune è il funzionamento dei motori elettrici. Il trasferimento di energia passa attraverso flusso magnetico. Tra le spire di una bobina, come mostrato sopra. Sono soggetti a interazione magnete permanente, soffocamento, qualsiasi cosa in grado di catturare il vettore di induzione.
I casi non possono essere chiamati in senso descrittivo onnicomprensivo. A volte viene utilizzato un flusso di frizione nella forma mostrata come esempio. Il principio è utilizzato dai reattori delle lampade a scarica di gas. L'induttore è dotato di una miriade di spire: un'interruzione di tensione non provoca una diminuzione graduale della corrente, ma un picco di grande ampiezza di polarità opposta. L'induttanza è grande: la risposta è davvero sorprendente. Supera i 230 volt originali di un ordine di grandezza. Abbastanza perché appaia una scintilla, la lampadina si accese.
Potenza reattiva e condensatori
La potenza reattiva è immagazzinata nell'energia del campo magnetico da induttanze. E il condensatore? Agisce come fonte del componente reattivo. Completiamo la rassegna con la teoria dell'addizione vettoriale. Il lettore medio capirà. Nella fisica delle reti elettriche vengono spesso utilizzati processi oscillatori. Tutti conoscono 220 volt (ora accettati 230) in una presa da 50 Hz. Una sinusoide la cui ampiezza è di 315 volt. Quando si analizzano i circuiti, è conveniente rappresentare un vettore rotante in senso orario.
Analisi della rete con metodo grafico
Il calcolo è semplificato, la rappresentazione ingegneristica della potenza reattiva può essere spiegata. L'angolo di fase della corrente è considerato uguale a zero, è tracciato a destra lungo l'asse delle ascisse (vedi Fig.). L'energia reattiva dell'induttore è in fase con la tensione UL, 90 gradi in anticipo rispetto alla corrente. Caso ideale. I professionisti devono tener conto della resistenza dell'avvolgimento. Reattivo sull'induttanza farà parte della potenza (vedi Fig.). L'angolo tra le proiezioni è importante. Il valore è chiamato fattore di potenza. Cosa significa in pratica? Prima di rispondere alla domanda, considera il concetto di triangolo di resistenza.
Triangolo della resistenza e fattore di potenza
Per facilitare l'analisi dei circuiti elettrici, i fisici suggeriscono di utilizzare un triangolo di resistenza. parte attiva si deposita come una corrente - a destra dell'asse x. Abbiamo concordato di dirigere l'induttanza verso l'alto, la capacità verso il basso. Quando si calcola l'impedenza del circuito, i valori vengono sottratti. Escluso caso combinato. Sono disponibili due opzioni: reattanza positiva o negativa.
Ottenendo la resistenza capacitiva / induttiva, i parametri degli elementi del circuito vengono moltiplicati per un coefficiente indicato dalla lettera greca "omega". Frequenza circolare - il prodotto della frequenza di rete per il doppio del numero di Pi (3.14). Facciamo notare un'altra osservazione sulla ricerca di resistenze reattive. Se l'induttanza viene semplicemente moltiplicata per il coefficiente specificato, il reciproco del prodotto viene preso per le capacità. È chiaro dalla figura, dove sono riportati i rapporti indicati, che aiutano a calcolare le sollecitazioni. Dopo la moltiplicazione, prendiamo la somma algebrica delle resistenze induttive e capacitive. I primi sono considerati valori positivi, i secondi negativi.
Formule dei componenti reattivi
Due componenti della resistenza - attiva e immaginaria - sono proiezioni del vettore di impedenza sugli assi delle ascisse e delle ordinate. Gli angoli vengono preservati quando si trasferiscono le astrazioni alle potenze. Quello attivo è tracciato lungo l'ascissa, quello reattivo lungo l'ordinata. Le capacità e le induttanze sono la causa fondamentale degli effetti di rete negativi. È stato mostrato sopra: senza elementi reattivi diventa impossibile costruire dispositivi elettrici.
Il fattore di potenza è solitamente chiamato coseno dell'angolo tra il vettore di resistenza totale e l'asse orizzontale. Al parametro viene attribuito un valore così importante, in quanto la parte utile dell'energia della sorgente è una frazione del dispendio totale. La quota è calcolata moltiplicando la potenza apparente per il fattore. Se i vettori tensione e corrente sono gli stessi, il coseno dell'angolo uguale a uno. L'energia viene persa dal carico, disperdendosi con il calore.
Credi a ciò che viene detto! La potenza media di un periodo quando è collegata a una sorgente di pura reattanza è zero. La metà delle volte l'induttore riceve energia, la seconda dà. L'avvolgimento del motore è indicato sui diagrammi aggiungendo una sorgente EMF che descrive il trasferimento di energia all'albero.
Interpretazione pratica del fattore di potenza
Molte persone notano una discrepanza nel caso di considerazione pratica della potenza reattiva. Per ridurre il coefficiente, si consiglia di includere condensatori in parallelo con gli avvolgimenti del motore grande taglia. La resistenza induttiva bilancia quella capacitiva, la corrente coincide nuovamente con la tensione di fase. Difficile capire perché:
- Supponiamo che l'avvolgimento primario di un trasformatore sia collegato a una sorgente di tensione alternata.
- Idealmente, la resistenza attiva è zero. Il potere deve essere reattivo. Ma questo è un male: cercano di rendere zero l'angolo tra tensione e corrente!
Ma! Il processo oscillatorio è indifferente al funzionamento di motori e trasformatori. La teoria della potenza reattiva presuppone che tutta l'energia oscilli. Fino all'ultima goccia. Nel trasformatore, il motore dal campo c'è una "perdita" attiva di energia per eseguire lavoro, induzione della corrente dell'avvolgimento secondario. L'energia non può circolare tra la fonte e il consumatore.
La vera catena rende difficile il processo di coordinamento delle singole sezioni. Per la riassicurazione, i fornitori richiedono che i condensatori siano installati parallelamente all'avvolgimento del motore in modo che l'energia circoli nel segmento locale e non esca, riscaldando i fili di collegamento. È importante evitare sovracompensazioni. Se la capacità dei condensatori è troppo grande, la batteria causerà un aumento del fattore di potenza.
Per quanto riguarda lo sfasamento, si verifica sull'avvolgimento secondario del trasformatore della sottostazione. Questo non è il ruolo. Il motore è in funzione, parte dell'energia non viene convertita lavoro utile, viene riflesso indietro. Il risultato è un fattore di potenza. Il componente partecipante dell'induttanza è un difetto tecnologico e strutturale. La parte che non è utile. Compensare aggiungendo blocchi di condensatori.
Il controllo della correttezza dell'adattamento viene effettuato sul fatto che non vi è sfasamento tra la tensione e la corrente di un motore elettrico in funzione. L'energia in eccesso circola tra l'induttanza in eccesso degli avvolgimenti installati dall'unità condensatore. L'obiettivo dell'evento è stato raggiunto: evitare il riscaldamento dei conduttori della rete che alimenta il dispositivo.
Ciò che viene offerto con il pretesto di risparmiare elettricità
La rete offre l'acquisto di dispositivi per il risparmio energetico. Compensatori di potenza reattiva. È importante non esagerare. Diciamo che il compensatore sarebbe opportuno guardare accanto al compressore acceso del frigorifero, al motore del collettore dell'aspirapolvere, per caricare l'appartamento di misure quando le lampadine a incandescenza funzionano - un'impresa dubbia. Prima dell'installazione, prenditi la briga di scoprire lo sfasamento tra tensione e corrente, secondo le informazioni, calcola correttamente il volume del banco di condensatori. Altrimenti, i tentativi di risparmiare in questo modo falliranno, a meno che tu non riesca accidentalmente a puntare il dito verso il cielo, colpendo nel segno.
Il secondo aspetto della compensazione della potenza reattiva è la contabilità. È fatto per le grandi imprese in cui sono presenti motori potenti che creano ampi angoli di sfasamento. Introducono appositi contatori per la contabilizzazione della potenza reattiva, pagati a tariffa. Per calcolare il coefficiente di pagamento, viene utilizzata una valutazione delle perdite di calore dei cavi, il deterioramento della modalità operativa della rete via cavo e alcuni altri fattori.
Prospettive per ulteriori studi sull'energia reattiva come fenomeno
La potenza reattiva è un fenomeno di riflessione dell'energia. Le catene ideali di fenomeni sono prive di. La potenza reattiva si manifesta con il calore rilasciato sulla resistenza attiva delle linee del cavo, distorce la forma d'onda sinusoidale. Un argomento di conversazione separato. Con deviazioni dalla norma, i motori non funzionano in modo così fluido, i trasformatori sono un ostacolo.
L'obiettivo principale nella trasmissione dell'elettricità è aumentare l'efficienza delle reti. Pertanto, è necessario ridurre le perdite. La causa principale delle perdite è la potenza reattiva, la cui compensazione migliora significativamente la qualità dell'elettricità.
La potenza reattiva provoca un inutile riscaldamento dei cavi, le sottostazioni elettriche sono sovraccariche. La potenza del trasformatore e le sezioni dei cavi sono costrette a essere sovrastimate, la tensione di rete è ridotta.
Il concetto di potenza reattiva
Per scoprire cos'è la potenza reattiva, è necessario definire altro tipologie possibili energia. Quando nel circuito esiste un carico attivo (resistore), viene consumata solo potenza attiva, che viene completamente spesa per la conversione dell'energia. Ciò significa che possiamo formulare cos'è la potenza attiva, quella alla quale la corrente funziona efficacemente.
A corrente continua, viene consumata solo potenza attiva, calcolata secondo la formula:
Misurato in watt (W).
Nei circuiti elettrici a corrente alternata, in presenza di carichi attivi e reattivi, l'indicatore di potenza è sommato da due parti costitutive: potenza attiva e reattiva.
- Capacitivo (condensatori). È caratterizzato da un anticipo di fase della corrente rispetto alla tensione;
- Induttivo (bobine). È caratterizzato da un ritardo di fase della corrente rispetto alla tensione.
Se consideriamo un circuito CA con un carico attivo collegato (riscaldatori, bollitori, lampadine a incandescenza), la corrente e la tensione saranno in fase e piena potenza, preso in un certo intervallo di tempo, viene calcolato moltiplicando gli indicatori di tensione e corrente.
Tuttavia, quando il circuito contiene componenti reattivi, le letture di tensione e corrente non saranno in fase, ma differiranno di una certa quantità, determinata dall'angolo di spostamento "φ". Approfittando linguaggio semplice, Si dice che carico attivo restituisce al circuito elettrico tanta energia quanta ne consuma. Di conseguenza, risulta che per il consumo di energia attivo l'indicatore sarà zero. Allo stesso tempo, una corrente reattiva scorre attraverso il circuito, senza svolgere alcun lavoro effettivo. Pertanto, viene consumata potenza reattiva.
La potenza reattiva è la parte dell'energia che ti permette di installare campi elettromagnetici richiesto dalle apparecchiature AC.
Il calcolo della potenza reattiva viene effettuato secondo la formula:
Q \u003d U x io x peccato φ.
L'unità di misura della potenza reattiva è VAr (voltampere reattivo).
Espressione per potenza attiva:
P = U x io x cos φ.
Relazione tra potenza attiva, reattiva e apparente per corrente sinusoidale valori variabili rappresentato geometricamente da tre lati triangolo rettangolo detto triangolo di potenza. I circuiti elettrici CA consumano due tipi di energia: potenza attiva e potenza reattiva. Inoltre il valore della potenza attiva non è mai negativo, mentre la potenza reattiva può essere positiva (con carico induttivo) o negativa (con carico capacitivo).
Importante! Si può vedere dal triangolo di potenza che è sempre vantaggioso ridurre la componente reattiva per aumentare l'efficienza del sistema.
La potenza apparente non si trova come somma algebrica dei valori di potenza attiva e reattiva, è la somma vettoriale di P e Q. Il suo valore quantitativo si calcola estraendo radice quadrata dalla somma dei quadrati degli indicatori di potenza: attivi e reattivi. La potenza apparente può essere misurata in VA (voltampere) o sue derivate: kVA, mVA.
Per calcolare la potenza apparente è necessario conoscere lo sfasamento tra i valori sinusoidali U e I.
Fattore di potenza
Utilizzando un'immagine vettoriale rappresentata geometricamente, puoi trovare il rapporto tra i lati del triangolo corrispondente alla potenza utile e totale, che sarà uguale al coseno phi o fattore di potenza:
Questo coefficiente trova l'efficienza della rete.
Il numero di watt consumati è uguale al numero di voltampere consumati con un fattore di potenza di 1 o 100%.
Importante! La piena potenza è più vicina all'indicatore attivo, maggiore è il cos φ o minore è l'angolo di spostamento dei valori sinusoidali di corrente e tensione.
Se, ad esempio, esiste una bobina per la quale:
- P = 80 W;
- Q = 130VAr;
- quindi S = 152,6 BA come RMS;
- cos φ = P/S = 0,52 o 52%
Possiamo dire che la bobina richiede 130 var di piena potenza per svolgere un lavoro utile di 80 watt.
correzione cos φ
Per correggere cos φ si sfrutta il fatto che con un carico capacitivo e induttivo i vettori di energia reattiva sono in controfase. Poiché la maggior parte dei carichi sono induttivi, collegando una capacità è possibile ottenere un aumento del cos φ.
I principali consumatori di energia reattiva:
- Trasformatori. Sono avvolgimenti che hanno un collegamento induttivo e convertono correnti e tensioni per mezzo di campi magnetici. Questi dispositivi sono l'elemento principale delle reti elettriche che trasmettono l'elettricità. Le perdite aumentano soprattutto al minimo ea basso carico. I trasformatori sono ampiamente utilizzati nella produzione e nella vita di tutti i giorni;
- Forni a induzione, in cui i metalli vengono fusi creando al loro interno correnti parassite;
- motori asincroni. Il più grande consumatore di energia reattiva. La coppia in essi viene creata per mezzo di un campo magnetico alternato dello statore;
- Convertitori di energia elettrica, come i raddrizzatori di potenza utilizzati per alimentare la rete di contatto del trasporto ferroviario e altri.
I banchi di condensatori sono collegati nelle sottostazioni elettriche per controllare la tensione entro i livelli prescritti. Il carico varia durante il giorno con picchi mattutini e serali, così come durante la settimana, diminuendo durante il fine settimana, che cambia le letture della tensione. Il collegamento e lo scollegamento dei condensatori varia il suo livello. Questo viene fatto a mano e con l'aiuto dell'automazione.
Come e dove si misura il cos φ
La potenza reattiva viene controllata modificando cos φ con un dispositivo speciale: un misuratore di fase. La sua scala è graduata in valori quantitativi cos φ da zero a uno nei settori induttivo e capacitivo. Completamente sfalsato Influenza negativa l'induttanza non avrà successo, ma è possibile avvicinarsi all'indicatore desiderato - 0,95 nella zona induttiva.
I contatori di fase vengono utilizzati quando si lavora con impianti che possono influenzare la modalità di funzionamento della rete elettrica attraverso la regolazione del cos φ.
- Poiché anche la componente reattiva viene presa in considerazione nei calcoli finanziari per l'energia consumata, sui condensatori in produzione vengono installati dei compensatori automatici, la cui capacità può variare. Nelle reti, di norma, vengono utilizzati condensatori statici;
- Quando si regola il cos φ per i generatori sincroni modificando la corrente di eccitazione, è necessario monitorarlo visivamente nelle modalità operative manuali;
- I compensatori sincroni, che sono motori sincroni funzionanti senza carico, in modalità sovraeccitata, forniscono energia alla rete, che compensa la componente induttiva. Per regolare la corrente di eccitazione, le letture di cos φ vengono osservate sul misuratore di fase.
Il rifasamento è uno degli investimenti più efficaci per ridurre i costi energetici. Allo stesso tempo, la qualità dell'energia ricevuta è migliorata.
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Potenza istantanea P sezione arbitraria del circuito, la cui tensione e corrente cambiano secondo la legge tu=U m peccato( T), io = io m peccato( T-), ha la forma
p = ui = U m peccato( T)IO m peccato( T- )= u M IO mq/2 =
= uio cos -UI cos(2 T-) = (interfaccia utente cos - interfaccia utente cos cos2 T)– interfaccia utente sin sin2 T. (1)
Potenza attiva del circuito CA P definita come la potenza media istantanea P(T) durante il periodo:
poiché il valore medio della funzione armonica nel periodo è 0.
Da ciò ne consegue che la potenza media nel periodo dipende dall'angolo di sfasamento tra tensione e corrente e non è uguale a zero se la sezione del circuito ha resistenza attiva. Quest'ultimo ne spiega il nome Potenza attiva. Sottolineiamo ancora una volta che nella resistenza attiva c'è una conversione irreversibile dell'energia elettrica in altri tipi di energia, ad esempio in energia termica. La potenza attiva può essere definita come il tasso medio di fornitura di energia a una sezione del circuito in un periodo. La potenza attiva è misurata in watt (W).
Potere reattivo
Quando si calcolano i circuiti elettrici, il cosiddetto reattivo energia. Caratterizza i processi di scambio energetico tra gli elementi reattivi del circuito e le fonti di energia ed è numericamente uguale all'ampiezza della componente variabile della potenza istantanea del circuito. In accordo con ciò, la potenza reattiva può essere determinata da (1) as
Q = interfaccia utente peccato.
A seconda del segno dell'angolo la potenza reattiva può essere positiva o negativa. L'unità di potenza reattiva, per distinguerla dall'unità di potenza attiva, si chiama non watt, ma volt-ampere reattivivar. Le potenze reattive degli elementi induttivi e capacitivi sono uguali alle ampiezze delle loro potenze istantanee P Terra P C. Tenendo conto della resistenza di questi elementi, le potenze reattive dell'induttore e del condensatore sono uguali Q L= interfaccia utente=X l IO 2 e Q C= interfaccia utente=X C IO 2, rispettivamente.
Potenza reattiva risultante ramificata circuito elettrico si trova come somma algebrica delle potenze reattive degli elementi circuitali, tenendo conto della loro natura (induttiva o capacitiva): Q=Q L- Q C. qui Q L è la potenza reattiva totale di tutti gli elementi del circuito induttivo e Q C rappresenta la potenza reattiva totale di tutti gli elementi del circuito capacitivo.
Piena potenza
Oltre alla potenza attiva e reattiva, un circuito di corrente sinusoidale è caratterizzato dalla potenza totale, indicata dalla lettera S. Per piena potenza della sezione si intende la massima potenza attiva possibile ad una data tensione U e attuale IO. Ovviamente la massima potenza attiva si ottiene a cos= 1, cioè in assenza di sfasamento tra tensione e corrente:
S = io.
La necessità di introdurre questa potenza è spiegata dal fatto che durante la progettazione di dispositivi elettrici, apparecchi, reti, ecc., Vengono calcolati per una determinata tensione nominale U corrente nominale e definita IO nom e il loro prodotto U nom IO nom \u003d S nom fornisce la massima potenza possibile di questo dispositivo (la potenza totale S nom è indicata nel passaporto della maggior parte dei dispositivi elettrici CA.). Per distinguere la potenza totale dalle altre potenze, la sua unità di misura si chiama volt-ampere e si abbrevia in VA. La potenza apparente è numericamente uguale all'ampiezza della componente variabile della potenza istantanea.
Dai rapporti di cui sopra, puoi trovare la relazione tra diversi poteri:
P = S cos, Q= S peccato, S= interfaccia utente=
ed esprimi l'angolo di sfasamento in termini di potenza attiva e reattiva:
.
Considera un semplice trucco che ti consente di trovare la potenza attiva e reattiva di una sezione del circuito dalla complessa tensione e corrente. Consiste nel prendere il prodotto della tensione complessa 
e attuale 
, complesso coniugato alla corrente 
la sezione del circuito considerata. L'operazione di coniugazione complessa consiste nel cambiare il segno al contrario davanti alla parte immaginaria del numero complesso, oppure nel cambiare il segno della fase del numero complesso, se il numero è rappresentato in notazione esponenziale. Di conseguenza, otteniamo un valore chiamato potenza completamente integrata e denotato 
. Se 
, quindi per la potenza complessa totale otteniamo:
Ciò mostra che le potenze attiva e reattiva sono rispettivamente le parti reale e immaginaria della potenza complessa totale. Per facilitare la memorizzazione di tutte le formule relative alle potenze, in Fig. 7, B(p. 38) viene costruito un triangolo di potere.
Il potere è attivo e talvolta pieno. La domanda è, piena di cosa? Ma, dicono, ciò che ci serve bene, ciò che ci rende utile lavorare, ma anche ... si scopre che non è tutto. C'è anche un secondo componente, che risulta essere una sorta di makeweight, e brucia semplicemente energia. Riscalda ciò che non è necessario e non siamo né caldi né freddi per questo.
Questa potenza è chiamata potenza reattiva. Ma, stranamente, la colpa è di noi stessi. O meglio, il nostro sistema di generazione, trasmissione e consumo di energia elettrica.
Potenza attiva, reattiva e apparente
Utilizziamo l'elettricità attraverso reti a corrente alternata. La tensione nelle nostre reti ogni secondo oscilla 50 volte dal valore minimo al massimo. È successo così. Quando hanno inventato un generatore elettrico, che converte il movimento meccanico in elettricità, si è scoperto che il perpetuum mobile, o, tradotto dal latino, moto perpetuo, è più facile da disporre in un cerchio. C'era una volta la ruota, e da allora sappiamo che se è sospesa su un asse, può essere ruotata per molto, molto tempo e rimarrà nello stesso posto: sull'asse.
Perché abbiamo tensione alternata nella rete
E il generatore elettrico ha un asse e qualcosa che ruota su di esso. E come risultato, si ottiene una tensione elettrica. Solo il generatore è composto da due parti: un rotore rotante e uno statore fisso. Ed entrambi sono coinvolti nella generazione di elettricità. E quando una parte ruota attorno all'altra, inevitabilmente i punti della superficie della parte rotante si avvicinano ai punti della superficie di quella stazionaria, quindi si allontanano da essi. E questa posizione congiunta è inevitabilmente descritta da una sola funzione matematica: una sinusoide. Una sinusoide è una proiezione di rotazione in un cerchio su uno degli assi geometrici. Ma ci sono molti di questi assi che possono essere costruiti. Di solito le nostre coordinate sono perpendicolari tra loro. E poi, quando si ruota in un cerchio di un certo punto su un asse, la proiezione della rotazione sarà una sinusoide e dall'altra un'onda coseno, o la stessa sinusoide, spostata rispetto alla prima solo di un quarto di girare, o di 90 °.
Questo è qualcosa che rappresenta la tensione che la rete elettrica porta nel nostro appartamento.
l'angolo di rotazione qui non è diviso in 360 gradi,
e 24 divisioni. Cioè, una divisione corrisponde a 15 °
6 divisioni = 90°
Quindi, la tensione nella nostra rete è sinusoidale con una frequenza di 50 hertz e un'ampiezza di 220 volt, perché era più conveniente realizzare generatori che producessero esattamente tensione alternata.
Vantaggio della tensione variabile - Vantaggio del sistema
E per rendere costante la tensione, è necessario raddrizzarla in modo specifico. E questo può essere fatto direttamente nel generatore (progettato appositamente - quindi diventerà un generatore DC), o qualche tempo dopo. Questo "un giorno" si è rivelato di nuovo molto utile, perché la tensione alternata può essere convertita da un trasformatore: aumentare o diminuire. Questa si è rivelata la seconda comodità della tensione variabile. E aumentandolo con trasformatori a tensioni che sono letteralmente ESTREMAMENTE (mezzo milione di volt o più), può essere trasmesso su distanze gigantesche via cavo senza perdite gigantesche. Ed è tornato utile anche nel nostro grande Paese.
Quindi, avendo portato, dopotutto, la tensione al nostro appartamento, abbassandola almeno a un valore immaginabile (sebbene ancora pericoloso) di 220 volt, si sono nuovamente dimenticati di convertirla in una costante. E perché? Le luci sono accese, il frigorifero è acceso, la TV è accesa. Sebbene la TV abbia queste tensioni costanti / variabili ... ma non ne parleremo neanche qui.
Perdite di tensione CA
E qui stiamo usando una rete a tensione alternata.
E contiene un "pagamento per l'oblio": la reattanza delle nostre reti di consumo e la loro potenza reattiva. La reattanza è la resistenza alla corrente alternata. E la potenza che passa semplicemente oltre i nostri apparecchi elettrici che consumano.
La corrente, passando attraverso i fili, crea intorno a loro campo elettrico. Il campo elettrostatico attrae cariche da tutto ciò che circonda la sorgente del campo, cioè la corrente. E il cambiamento di corrente crea anche un campo elettromagnetico, che inizia a indurre il non contatto in tutti i conduttori intorno correnti elettriche. Quindi, la nostra attuale sinusoide, non appena accendiamo qualcosa, non è solo una corrente, ma il suo continuo cambiamento. Ci sono abbastanza conduttori in giro, a partire dalle custodie metalliche degli stessi apparecchi elettrici, tubi metallici per l'approvvigionamento idrico, riscaldamento, fognature e termina con barre di rinforzo in pareti e soffitti in cemento armato. È qui che entra in gioco l'elettricità. Anche l'acqua nella tazza del gabinetto, e questo partecipa al divertimento generale, vengono indotte anche correnti di ripresa. Non abbiamo affatto bisogno di tale elettricità, "non l'abbiamo ordinata". Ma cerca di riscaldare questi conduttori, il che significa che prende l'elettricità dalla rete del nostro appartamento.
Per caratterizzare il rapporto di potenza nella nostra rete CA, disegna un triangolo.
S è la potenza totale consumata dalla nostra rete,
P - potenza attiva, è anche un carico attivo utile,
Q - potenza reattiva.
La piena potenza può essere misurata con un wattmetro e la potenza attiva si ottiene calcolando la nostra rete, in cui prendiamo in considerazione solo i carichi utili per noi. Naturalmente trascuriamo la resistenza dei fili, considerandoli piccoli rispetto alle resistenze utili degli apparecchi elettrici.
Piena potenza
S = U x io = U a x io f
Cioè, più "stupido" è questo angolo acuto, peggio funziona per noi la rete di consumo interno dell'appartamento: molta energia va sprecata.
Cos'è la potenza attiva, reattiva e apparente
L'angolo j può anche essere chiamato l'angolo dello sfasamento tra corrente e tensione nella nostra rete. La corrente è il risultato dell'applicazione alla nostra rete di una tensione iniziale di 220 volt a una frequenza di 50 hertz. Quando il carico è attivo, la fase della corrente coincide con la fase della tensione in esso. E i carichi reattivi spostano questa fase di questo angolo.
Infatti, l'angolo caratterizza il grado di efficienza del nostro consumo energetico. E dobbiamo cercare di ridurlo. Quindi S si avvicinerà a P.
Solo che è più conveniente operare non con un angolo, ma con il coseno di un angolo. Questo è esattamente il rapporto tra le due potenze:
Il coseno di un angolo si avvicina a uno quando l'angolo si avvicina a zero. Cioè, più acuto è l'angolo j, migliore è la rete di consumo elettrico che funziona in modo più efficiente. In pratica, se raggiungi il valore del coseno phi (e può essere espresso in percentuale) dell'ordine del 70–90%, allora questo è già considerato abbastanza buono.
Viene spesso utilizzata un'altra relazione, che collega potenza attiva e potenza reattiva:
Dal diagramma di corrente e tensione, puoi trovare espressioni per potenze: attiva, reattiva e totale.
Se la potenza attiva, che ci è più familiare, viene misurata in watt, la potenza apparente viene misurata in volt-ampere (var). Un watt da un var può essere calcolato moltiplicando per coseno phi.
Cos'è la potenza reattiva
La potenza reattiva è induttiva o capacitiva. Si comportano diversamente in un circuito elettrico. A DC, un'induttanza è solo un pezzo di filo che ha una quantità molto piccola di resistenza. Un condensatore a tensione costante è solo un'interruzione nel circuito.
E quando li includiamo nel circuito, applichiamo loro tensione, durante il processo transitorio si comportano anche in modo opposto. Il condensatore viene caricato, mentre la corrente risultante è prima grande, poi, mentre si carica, piccola, diminuendo fino a zero.
In un induttore, una bobina con un filo, il campo magnetico che si forma dopo l'accensione all'inizio impedisce fortemente il passaggio di corrente, e dapprima è piccolo, poi aumenta fino al suo valore stazionario, determinato dagli elementi attivi di il circuito.
I condensatori contribuiscono quindi a un cambiamento di corrente in un circuito e le induttanze impediscono un cambiamento di corrente.
Componenti induttive e capacitive della resistenza di rete
Pertanto, gli elementi reattivi hanno i propri tipi di resistenza: capacitiva e induttiva. Con l'impedenza, comprese le componenti attive e reattive, questa è associata alla seguente formula:
Z è l'impedenza,
R - resistenza attiva,
X - reattanza.
A sua volta, la reattanza consiste di due parti:
X L - induttivo e X C - capacitivo.
Quindi, vediamo che il loro contributo alla componente reattiva è diverso.
Tutto ciò che è induttivo nella rete aumenta la reattanza della rete, tutto ciò che è capacitivo nella rete riduce la reattanza.
Elettrodomestici che incidono sulla qualità dei consumi
Se tutti i dispositivi della nostra rete fossero come lampadine, cioè fossero un carico puramente attivo, non ci sarebbero problemi. Se ci fosse una rete di consumo attiva, un carico attivo continuo e, come si suol dire, in un campo aperto - non c'è niente intorno, allora tutto sarebbe facilmente calcolato secondo le leggi di Ohm e Kirchhoff, ed era giusto - quanto tu consumato, hai pagato tanto. Ma avendo una misteriosa "infrastruttura" conduttiva intorno a noi, e nella rete stessa molte capacità e induttanze non contabilizzate, otteniamo, oltre a noi utili, anche un carico reattivo e non necessario.
Come sbarazzarsene? Quando la rete di consumo elettrico è già stata creata, è possibile adottare misure per ridurre la componente reattiva. La compensazione si basa sull'"antagonismo" di induttanze e capacità.
Cioè, nella rete esistente, i suoi componenti dovrebbero essere misurati e quindi dovrebbe essere inventata la compensazione.
Particolarmente buon effetto da tali attività si ottiene in grandi reti di consumo. Ad esempio, a livello di una fabbrica con un gran numero di attrezzature permanenti.
Per compensare il componente reattivo, vengono utilizzati speciali compensatori di potenza reattiva (RPC), contenenti condensatori nel loro design che modificano in meglio lo sfasamento totale nella rete.
Anche l'uso di motori sincroni AC nelle reti è ben accetto, in quanto sono in grado di compensare la potenza reattiva. Il principio è semplice: sono in grado di lavorare in rete in modalità motore, e quando si osserva un "blocco" dell'elettricità durante uno sfasamento (la lingua non trova più altre parole), sono in grado di compensare con " guadagnare soldi” nella rete in modalità generatore.