a je súčtom dvoch veličín, z ktorých jedna je konštantná v čase a druhá pulzuje s dvojnásobnou frekvenciou.
Priemerná hodnota p(t) za obdobie T sa nazýva činný výkon a je úplne určené prvým členom rovnice (5.1): 
Aktívna sila charakterizuje energiu nenávratne spotrebovanú zdrojom za jednotku času na výrobu užitočnej práce spotrebiteľom. Aktívna energia spotrebovaná elektrickými spotrebičmi sa premieňa na iné druhy energie: mechanickú, tepelnú, stlačený vzduch a plyn atď.
Priemerná hodnota druhého členu okamžitého výkonu (1.1) (pulzuje s dvojnásobnou frekvenciou) za čas T je nula, t.j. jeho vytvorenie si nevyžaduje materiálne náklady a preto nemôže vykonávať užitočnú prácu. Jeho prítomnosť však naznačuje, že existuje reverzibilný proces výmena energie. Je to možné, ak existujú prvky schopné akumulovať a uvoľňovať elektromagnetickú energiu - kapacita a indukčnosť. Táto zložka charakterizuje jalový výkon.
plný výkon na termináloch prijímača v komplexnej forme môžu byť znázornené takto:
| . | (5.2) |
Zdanlivá pohonná jednotka S = UI - VA.
Jalový výkon- hodnota, ktorá charakterizuje záťaže vznikajúce v elektrických zariadeniach kolísaním (výmenou) energie medzi zdrojom a prijímačom. Pre sínusový prúd sa rovná súčinu hodnôt efektívneho prúdu ja a stres U sínusom uhla fázového posunu medzi nimi: Q = UI sinφ. Merná jednotka - VAr.
Reaktívny výkon nesúvisí s užitočnou prácou EP a vynakladá sa iba na vytváranie premenných elektromagnetických polí v elektromotoroch, transformátoroch, zariadeniach, vedeniach atď.
Pre jalový výkon sú akceptované také pojmy ako výroba, spotreba, prenos, straty, rovnováha. Predpokladá sa, že ak prúd zaostáva vo fáze s napätím (indukčná povaha záťaže), potom sa jalový výkon spotrebuje a má kladné znamenie, a ak prúd vedie k napätiu (kapacitný charakter záťaže), potom sa generuje jalový výkon a má zápornú hodnotu.
Hlavnými spotrebiteľmi jalového výkonu v priemyselných podnikoch sú asynchrónne motory (60-65% celkovej spotreby), transformátory (20-25%), ventilové meniče, reaktory, nadzemné elektrické siete a iné prijímače (10%).
Prenos jalového výkonu zaťažuje elektrické siete a v nich inštalované zariadenia, čím sa znižuje ich priepustnosť. Jalový výkon generujú synchrónne generátory elektrární, synchrónne kompenzátory, synchrónne motory (regulácia budiaceho prúdu), kondenzátorové banky (BC) a elektrické vedenia.
Jalový výkon generovaný kapacitou siete je rádovo nasledovný: nadzemné vedenie 20 kV generuje 1 kvar na 1 km trojfázového vedenia; podzemný kábel 20 kV - 20 kvar/km; nadzemné vedenie 220 kV - 150 kvar/km; podzemný kábel 220 kV - 3 MVAr/km.
Účiník a jalový účinník.
Vektorové znázornenie veličín charakterizujúcich stav siete vedie k znázorneniu jalového výkonu Q vektor kolmý na vektor činného výkonu R(obr. 5.2). Ich vektorový súčet udáva celkový výkon S.
Ryža. 5.1. Silový trojuholník
Podľa obr. 5.1 a (5.2) vyplýva, že S2 \u003d P2 + Q2; tgφ = Q/P; cosφ = P/S.
Hlavným štandardným ukazovateľom charakterizujúcim jalový výkon bol predtým účinník cosφ. Na vstupoch zásobujúcich priemyselný podnik mala byť vážená priemerná hodnota tohto koeficientu v rozmedzí 0,92-0,95. Avšak výber pomeru P/S ako normatívna nedáva jasnú predstavu o dynamike zmien skutočnej hodnoty jalového výkonu. Napríklad, keď sa účinník zmení z 0,95 na 0,94, jalový výkon sa zmení o 10 %, a keď sa rovnaký činiteľ zmení z 0,99 na 0,98, prírastok jalového výkonu je už 42 %. Pri výpočtoch je vhodnejšie pracovať so vzťahom tgφ = Q/P, ktorý sa nazýva jalový účinník.
Určené sú podniky s pripojeným výkonom nad 150 kW (s výnimkou „domácich“ spotrebiteľov). limity činiteľa jalového výkonu spotrebované počas hodín vysokého denného zaťaženia elektrickej siete - od 7 do 23 hodín (Nariadenie Ministerstva priemyslu a energetiky Ruskej federácie z 22. februára 2007 č. 49 „O postupe pri výpočte hodnôt pomeru spotreby činného a jalového výkonu pre jednotlivé zariadenia na odber energie spotrebiteľov elektrická energia slúžia na určenie povinností zmluvných strán v zmluvách o poskytovaní služieb pri prenose elektrickej energie “).
Limity činiteľa jalového výkonu (tgφ) sú normalizované v závislosti od polohy bodu (napätia) pripojenia spotrebiteľa k sieti. Pre sieťové napätie 100 kV tgφ = 0,5; pre siete 35, 20, 6 kV - tgφ = 0,4 a pre sieť 0,4 kV - tgφ = 0,35.
Zavedenie nových smerných dokumentov o kompenzácii jalového výkonu bolo zamerané na zlepšenie účinnosti celej sústavy napájania od generátorov elektrizačnej sústavy až po výkonové prijímače.
Zavedením činiteľa jalového výkonu bolo možné reprezentovať straty činného výkonu pomocou činného alebo jalového výkonu: R= (P 2 /U 2) R(l + tan 2 φ).
Uhol medzi vektormi výkonu R A S zodpovedá uhlu φ medzi vektormi aktívnej zložky prúdu ja a a plný prúd ja, čo je zase vektorový súčet aktívneho prúdu ja a, ktorý je vo fáze s napätím a jalovým prúdom ja p v uhle 90° k nej. Toto usporiadanie prúdov je konštrukčná technika spojená s rozkladom na aktívny a jalový výkon, ktorý možno považovať za prirodzený.
Väčšina spotrebiteľov potrebuje jalový výkon, pretože fungujú zmenou magnetického poľa. Pre najbežnejšie motory v normálnej prevádzke je možné uviesť nasledujúce približné hodnoty tgφ.
V momente spustenia motorov je potrebné značné množstvo jalového výkonu, pričom tgφ = 4-5 (cosφ = 0,2-0,24).
Synchrónne stroje majú schopnosť spotrebovať alebo dodať jalový výkon v závislosti od stupňa budenia.
V synchrónnych generátoroch a motoroch veľkosť budiacich obvodov obmedzuje možnosť dodávky jalového výkonu do maximálne hodnoty tgφ = 0,75 (cosφ = 0,8) alebo do tgφ = 0,5 (cosφ = 0,9) (tabuľka 5.1).
Synchrónne motory vyrábané domácim priemyslom sú navrhnuté pre špičkový účinník (cosφ = 0,9) a pri menovitom aktívnom zaťažení P nom a napätím U menovitý môže generovať menovitý jalový výkon Q nom ≈ 0,5 Pžiadne M.
Keď je SM pod zaťažením z hľadiska činného výkonu β = P/Pžiadne M< 1 возможна перегрузка по реактивной мощности α = Q/Q nom > 1.
Výhodou SM používaných na kompenzáciu jalového výkonu v porovnaní s CB je možnosť plynulej regulácie generovaného jalového výkonu. Nevýhodou je, že aktívne straty na výrobu jalového výkonu pre SM sú väčšie ako pre CB.
Dodatočné aktívne straty vo vinutí SM spôsobené generovaným jalovým výkonom v rámci zmeny cosφ z 1 na 0,9 pri menovitom činnom výkone SM rovnajúcemu sa P menovitý, kW:
R nom = Q 2 číslo R /U 2 nom,
Kde Q nominálny jalový výkon SM, kV Ar; R- odpor jednej fázy vinutia LED v zahriatom stave, Ohm; U menovité napätie siete, kV.
V systémoch napájania priemyselné podniky CB kompenzuje jalový výkon základnej (hlavnej) časti kriviek zaťaženia a SD znižuje špičky zaťaženia grafu.
Tabuľka 5.1
Závislosti faktora preťaženia od jalového výkonu synchrónnych motorov th
Synchrónne kompenzátory.
Rôzne SD sú synchrónne kompenzátory (SC), ktoré sú SD bez zaťaženia hriadeľa. V súčasnosti sa vyrába SC s kapacitou viac ako 5000 kV?Ar. Oni majú obmedzené použitie v priemyselných sieťach. Na zlepšenie kvality napätia vo vysokovýkonných elektrických obvodoch s prudko premenlivým rázovým zaťažením (oblúkové pece, valcovne atď.) sa používajú SC.
Statické tyristorové kompenzačné zariadenia.
V sieťach s ostro premenlivým nárazovým zaťažením pri napätí 6-10 kV sa odporúča používať nie kondenzátorové banky, ale špeciálne vysokorýchlostné zdroje jalového výkonu (RRP), ktoré by mali byť inštalované v blízkosti takéhoto EP. Schéma IRM je znázornená na obr. 5.2. Používa indukčnosti ako nastaviteľnú indukčnosť LR a neregulované kontajnery S 1-S 3.
Ryža. 5.2. Rýchle reaktívne zdroje energie
Regulácia indukčnosti sa vykonáva pomocou tyristorových skupín VS ktorých riadiace elektródy sú pripojené k riadiacemu obvodu. Výhodou statických otáčok je absencia rotujúcich častí, relatívna plynulosť regulácie jalového výkonu dodávaného do siete, možnosť troj- a štvornásobného preťaženia jalového výkonu. Medzi nevýhody patrí výskyt vyšších harmonických, ktoré sa môžu vyskytnúť pri hĺbkovej regulácii jalového výkonu.
V dôsledku dodatočných strát výkonu v sieti spôsobených spotrebou jalového výkonu sa zvyšuje celková spotreba elektriny. Preto je zníženie tokov jalového výkonu jednou z hlavných úloh pri prevádzke elektrických sietí.
Jalový výkon je časť elektrickej energie vrátenej záťažou do zdroja. Výskyt situácie sa považuje za škodlivý.
Výskyt jalového výkonu
Povedzme, že obvod obsahuje jednosmerný zdroj a ideálnu indukčnosť. Zapnutie obvodu generuje prechodný proces. Napätie má tendenciu dosahovať nominálnu hodnotu, rastu aktívne bráni vlastná väzba indukčnosti. Každá cievka drôtu je ohnutá v kruhovej dráhe. Generované magnetické pole bude pretínať susedný segment. Ak sú otáčky umiestnené jeden po druhom, povaha interakcie sa zvýši. Uvažované sa nazýva jeho vlastné prepojenie toku.
Povaha procesu je nasledovná: indukované EMF zabraňuje zmenám v poli. Prúd sa snaží rýchlo rásť, väzba toku sa sťahuje. Namiesto schodu vidíme vyhladenú rímsu. Energia magnetické pole vynaložené na zabránenie procesu, ktorý ho vytvoril. Prípad jalového výkonu. Fáza sa líši od užitočnej, škodí. Ideálne: Smer vektora je kolmý na aktívnu zložku. Rozumie sa, že odpor drôtu je nulový (fantastické zarovnanie).
Keď je okruh vypnutý, proces sa zopakuje v opačnom poradí. Prúd má tendenciu okamžite klesnúť na nulu, energia sa ukladá v magnetickom poli. Strata indukčnosti, prechod sa uskutoční náhle, väzba toku dáva procesu inú farbu:
- Pokles prúdu spôsobuje zníženie sily magnetického poľa.
- Vzniknutý efekt vyvoláva spätné EMF zákrut.
- Výsledkom je, že po vypnutí napájania prúd naďalej existuje a postupne mizne.
Grafy napätia, prúdu, výkonu
Jalový výkon je určitým článkom zotrvačnosti, ktorý neustále zaostáva, zasahuje. Prvá otázka znie: prečo potom potrebujeme indukčnosti? Oh, majú dosť užitočné vlastnosti. Vďaka výhodám sa človek zmieri s jalovým výkonom. Bežným pozitívnym efektom je prevádzka elektromotorov. Prenos energie prebieha magnetický tok. Medzi závitmi jednej cievky, ako je znázornené vyššie. Podliehajú interakcii permanentný magnet, tlmivka, čokoľvek schopné zachytiť indukčný vektor.
Prípady nemožno nazvať v opisnom zmysle všeobsiahlymi. Niekedy sa používa spojkový tok vo forme znázornenej ako príklad. Princíp využívajú predradníky plynových výbojok. Induktor je vybavený nespočetným množstvom závitov: prerušenie napätia nespôsobí plynulý pokles prúdu, ale nárast veľkej amplitúdy opačnej polarity. Indukčnosť je veľká: odozva je skutočne úžasná. Pôvodných 230 voltov prekračuje rádovo. Dosť na to, aby sa objavila iskra, rozsvietila sa žiarovka.
Jalový výkon a kondenzátory
Reaktívny výkon je uložený v energii magnetického poľa pomocou indukčností. A čo kondenzátor? Pôsobí ako zdroj reaktívnej zložky. Doplňme prehľad teóriou sčítania vektorov. Bežný čitateľ pochopí. Vo fyzike elektrických sietí sa často používajú oscilačné procesy. Každý pozná 220 voltov (teraz akceptovaných 230) v 50 Hz zásuvke. Sínusoida, ktorej amplitúda je 315 voltov. Pri analýze obvodov je vhodné reprezentovať vektor otáčajúci sa v smere hodinových ručičiek.
Analýza siete grafickou metódou
Výpočet je zjednodušený, možno vysvetliť inžinierske znázornenie jalového výkonu. Fázový uhol prúdu sa považuje za rovný nule, je vynesený vpravo pozdĺž osi x (pozri obr.). Reaktívna energia induktora je vo fáze s napätím UL, 90 stupňov pred prúdom. Ideálny prípad. Praktici musia brať do úvahy odpor vinutia. Reaktívna na indukčnosti bude súčasťou výkonu (pozri obr.). Dôležitý je uhol medzi projekciami. Hodnota sa nazýva účinník. Čo to v praxi znamená? Pred zodpovedaním otázky zvážte koncept trojuholníka odporu.
Odporový trojuholník a účinník
Na uľahčenie analýzy elektrických obvodov fyzici navrhujú použiť trojuholník odporu. aktívna časť sa ukladá ako prúd - napravo od osi x. Dohodli sme sa, že indukčnosť nasmerujeme hore, kapacitu dole. Pri výpočte impedancie obvodu sa hodnoty odčítajú. Vylúčené kombinovaný prípad. K dispozícii sú dve možnosti: reaktancia pozitívna alebo negatívna.
Pri získaní kapacitného / indukčného odporu sa parametre prvkov obvodu vynásobia koeficientom označeným gréckym písmenom "omega". Kruhová frekvencia - súčin frekvencie siete dvojnásobkom čísla Pi (3.14). Uveďme ešte jednu poznámku o hľadaní reaktívnych odporov. Ak sa indukčnosť jednoducho vynásobí zadaným koeficientom, za kapacity sa vezme prevrátená hodnota súčinu. Je to zrejmé z obrázku, kde sú znázornené uvedené pomery, ktoré pomáhajú pri výpočte napätí. Po vynásobení vezmeme algebraický súčet indukčných, kapacitných odporov. Prvé sa považujú za pozitívne hodnoty, druhé za negatívne.
Vzorce reaktívnych zložiek
Dve zložky odporu - aktívna a imaginárna - sú projekciou vektora impedancie na osi x a y. Uhly sú zachované pri prenose abstrakcií na mocniny. Aktívna je vynesená pozdĺž úsečky, reaktívna pozdĺž zvislej osi. Kapacity a indukčnosti sú základnou príčinou negatívnych sieťových efektov. Vyššie bolo uvedené: bez reaktívnych prvkov je nemožné postaviť elektrické zariadenia.
Faktor výkonu sa zvyčajne nazýva kosínus uhla medzi vektorom celkového odporu a horizontálnou osou. Takáto dôležitá hodnota sa pripisuje parametru, pretože užitočná časť energie zdroja je zlomkom celkových výdavkov. Podiel sa vypočíta vynásobením zdanlivého výkonu faktorom. Ak sú vektory napätia a prúdu rovnaké, je to kosínus uhla rovný jednej. Výkon sa stráca záťažou, uniká teplom.
Ver tomu, čo sa hovorí! Priemerný výkon periódy pri pripojení k zdroju čisto reaktancie je nula. Polovicu času, induktor prijíma energiu, druhý dáva. Vinutie motora je na diagramoch naznačené pridaním zdroja EMF popisujúceho prenos energie na hriadeľ.
Praktický výklad účinníka
Mnoho ľudí si všimne rozpor v prípade praktického zvažovania jalového výkonu. Na zníženie koeficientu sa odporúča zahrnúť kondenzátory paralelne s vinutiami motora veľká veľkosť. Indukčný odpor vyrovnáva kapacitný, prúd sa opäť zhoduje s fázovým napätím. Je ťažké pochopiť prečo:
- Predpokladajme, že primárne vinutie transformátora je pripojené k zdroju striedavého napätia.
- V ideálnom prípade je aktívny odpor nulový. Napájanie musí byť reaktívne. Ale to je zlé: snažia sa, aby uhol medzi napätím a prúdom bol nulový!
Ale! Oscilačný proces je ľahostajný k činnosti motorov a transformátorov. Teória jalového výkonu predpokladá, že všetka energia kmitá. Do poslednej kvapky. V transformátore, motore z poľa dochádza k aktívnemu "úniku" energie na výkon práce, indukcii prúdu sekundárneho vinutia. Energia nemôže cirkulovať medzi zdrojom a spotrebiteľom.
Reálny reťazec sťažuje proces koordinácie jednotlivých úsekov. Dodávatelia na zaistenie vyžadujú, aby boli kondenzátory inštalované paralelne s vinutím motora, aby energia cirkulovala v miestnom segmente a nešla von a ohrievala spojovacie vodiče. Je dôležité vyhnúť sa nadmernej kompenzácii. Ak je kapacita kondenzátorov príliš veľká, batéria spôsobí zvýšenie účinníka.
Pokiaľ ide o fázový posun, vyskytuje sa na sekundárnom vinutí transformátora rozvodne. Toto nie je úloha. Motor beží, časť energie sa nepremení na užitočná práca, sa odráža späť. Výsledkom je účinník. Zúčastnená zložka indukčnosti je technologická, konštrukčná chyba. Časť, ktorá nie je užitočná. Kompenzujte pridaním kondenzátorových blokov.
Kontrola správnosti párovania sa vykonáva na základe skutočnosti, že nedochádza k fázovému posunu medzi napätím a prúdom bežiaceho elektromotora. Prebytočná energia cirkuluje medzi nadmernou indukčnosťou vinutí inštalovaných kondenzátorovou jednotkou. Cieľ podujatia bol splnený – vyhnúť sa zahrievaniu vodičov siete napájajúcej zariadenie.
Čo sa ponúka pod rúškom úspory elektrickej energie
Sieť ponúka na nákup energeticky úsporných zariadení. Kompenzátory jalového výkonu. Dôležité je nepreháňať to. Povedzme, že kompenzátor by bolo vhodné pozrieť vedľa zapnutého kompresora chladničky, kolektorového motora vysávača, zaťažiť byt opatreniami, keď fungujú žiarovky - pochybný podnik. Pred inštaláciou si dajte tú námahu zistiť fázový posun medzi napätím a prúdom, podľa informácií správne vypočítajte objem kondenzátorovej banky. V opačnom prípade pokusy ušetriť peniaze týmto spôsobom zlyhajú, pokiaľ sa vám náhodou nepodarí ukázať prstom na oblohu, zasiahnuť.
Druhým aspektom kompenzácie jalového výkonu je účtovníctvo. Je vyrobený pre veľké podniky, kde sú výkonné motory, ktoré vytvárajú veľké uhly fázového posunu. Zavádzajú špeciálne merače na účtovanie jalového výkonu, platené podľa tarify. Na výpočet platobného koeficientu sa používa posúdenie tepelných strát drôtov, zhoršenie prevádzkového režimu káblovej siete a niektoré ďalšie faktory.
Perspektívy ďalšieho štúdia reaktívnej energie ako fenoménu
Reaktívna sila je fenomén odrazu energie. Ideálne reťazce javov chýbajú. Jalový výkon sa prejavuje uvoľneným teplom na aktívnom odpore káblových vedení, skresľuje sínusový priebeh. Samostatná téma rozhovoru. Pri odchýlkach od normy motory nefungujú tak hladko, transformátory sú prekážkou.
Hlavným cieľom pri prenose elektriny je zvýšenie efektívnosti sietí. Preto je potrebné znižovať straty. Hlavnou príčinou strát je jalový výkon, ktorého kompenzácia výrazne zlepšuje kvalitu elektriny.
Jalový výkon spôsobuje zbytočné zahrievanie vodičov, elektrické rozvodne sú preťažené. Výkon transformátora a káblové úseky sú nútené nadhodnotiť, sieťové napätie je znížené.
Pojem jalový výkon
Ak chcete zistiť, čo je jalový výkon, je potrebné definovať iné možné typy moc. Keď v obvode existuje aktívna záťaž (rezistor), spotrebúva sa iba aktívny výkon, ktorý sa úplne vynakladá na premenu energie. To znamená, že môžeme formulovať, čo je činný výkon, - ten, pri ktorom prúd efektívne pracuje.
Pri jednosmernom prúde sa spotrebúva iba činná energia vypočítaná podľa vzorca:
Merané vo wattoch (W).
V elektrických obvodoch so striedavým prúdom, v prítomnosti aktívnych a reaktívnych záťaží, sa indikátor výkonu sčítava z dvoch základné časti: činný a jalový výkon.
- Kapacitné (kondenzátory). Vyznačuje sa fázovým predstihom prúdu v porovnaní s napätím;
- Indukčné (cievky). Vyznačuje sa fázovým oneskorením prúdu vo vzťahu k napätiu.
Ak vezmeme do úvahy striedavý obvod s pripojenou aktívnou záťažou (ohrievače, varné kanvice, žiarovky), prúd a napätie budú vo fáze a plný výkon, odobratý v určitom časovom intervale, sa vypočíta vynásobením indikátorov napätia a prúdu.
Keď však obvod obsahuje reaktívne zložky, hodnoty napätia a prúdu nebudú vo fáze, ale budú sa líšiť o určitú hodnotu, určenú uhlom posunu "φ". Využiť jednoduchý jazyk, hovorí sa, že aktívne zaťaženie vracia do elektrického obvodu toľko energie, koľko spotrebuje. V dôsledku toho sa ukazuje, že pre aktívnu spotrebu energie bude indikátor nulový. Súčasne obvodom preteká jalový prúd, ktorý nevykonáva žiadnu efektívnu prácu. Preto sa spotrebuje jalový výkon.
Jalový výkon je časť energie, ktorá vám umožňuje inštaláciu elektromagnetické polia vyžadované AC zariadeniami.
Výpočet jalového výkonu sa vykonáva podľa vzorca:
Q \u003d U x I x sin φ.
Jednotkou merania jalového výkonu je VAr (jalový voltampér).
Výraz pre aktívny výkon:
P = U x I x cos φ.
Vzťah medzi aktívnym, jalovým a zdanlivým výkonom pre sínusový prúd premenné hodnoty geometricky reprezentované tromi stranami správny trojuholník nazývaný mocenský trojuholník. Elektrické obvody striedavého prúdu spotrebúvajú dva typy energie: aktívny výkon a jalový výkon. Okrem toho hodnota aktívneho výkonu nie je nikdy záporná, zatiaľ čo jalový výkon môže byť buď kladný (pri indukčnej záťaži) alebo záporný (pri kapacitnej záťaži).
Dôležité! Z výkonového trojuholníka je zrejmé, že je vždy výhodné znížiť reaktívnu zložku, aby sa zvýšila účinnosť systému.
Zdanlivý výkon sa nenachádza ako algebraický súčet hodnôt činného a jalového výkonu, je to vektorový súčet P a Q. Jeho kvantitatívna hodnota sa vypočíta extrakciou odmocnina zo súčtu štvorcov indikátorov výkonu: aktívny a reaktívny. Zdanlivý výkon možno merať vo VA (voltampéroch) alebo jeho derivátoch: kVA, mVA.
Aby bolo možné vypočítať zdanlivý výkon, musí byť známy fázový rozdiel medzi sínusovými hodnotami U a I.
Účiník
Pomocou geometricky znázorneného vektorového obrázka môžete nájsť pomer strán trojuholníka zodpovedajúci užitočnému a celkovému výkonu, ktorý sa bude rovnať kosínusu phi alebo účinníku:
Tento koeficient zisťuje efektivitu siete.
Počet spotrebovaných wattov je rovnaký ako počet spotrebovaných voltampérov pri účinníku 1 alebo 100%.
Dôležité!Úplný výkon je tým bližšie k aktívnemu indikátoru, čím je väčší cos φ, alebo čím menší je uhol posunu sínusových hodnôt prúdu a napätia.
Ak napríklad existuje cievka, pre ktorú:
- P = 80 W;
- Q = 130 VAr;
- potom S = 152,6 BA ako RMS;
- cos φ = P/S = 0,52 alebo 52 %
Môžeme povedať, že cievka vyžaduje 130 varov plného výkonu, aby vykonala užitočnú prácu 80 wattov.
cos φ korekcia
Na korekciu cos φ sa využíva skutočnosť, že pri kapacitnej a indukčnej záťaži sú vektory jalovej energie v protifáze. Pretože väčšina záťaží je induktívna, pripojením kapacity je možné dosiahnuť zvýšenie cos φ.
Hlavní spotrebitelia reaktívnej energie:
- Transformátory. Sú to vinutia, ktoré majú indukčné spojenie a premieňajú prúdy a napätia pomocou magnetických polí. Tieto zariadenia sú hlavným prvkom energetických sietí, ktoré prenášajú elektrickú energiu. Straty narastajú najmä pri voľnobehu a pri nízkej záťaži. Transformátory sú široko používané vo výrobe av každodennom živote;
- Indukčné pece, v ktorých sa kovy tavia vytváraním vírivých prúdov v nich;
- asynchrónne motory. Najväčší spotrebiteľ reaktívnej energie. Krútiaci moment v nich je vytvorený pomocou striedavého magnetického poľa statora;
- Meniče elektriny, ako sú výkonové usmerňovače používané na napájanie kontaktnej siete železničnej dopravy a iné.
Kondenzátorové banky sú zapojené v elektrických rozvodniach za účelom riadenia napätia v rámci predpísaných úrovní. Zaťaženie sa mení počas dňa s rannými a večernými špičkami, ako aj počas týždňa, pričom cez víkend sa znižuje, čo mení hodnoty napätia. Pripojenie a odpojenie kondenzátorov sa líši. Robí sa to ručne a pomocou automatizácie.
Ako a kde sa meria cos φ
Reaktívny výkon sa kontroluje zmenou cos φ pomocou špeciálneho zariadenia - fázového merača. Jeho stupnica je odstupňovaná v kvantitatívnych hodnotách cos φ od nuly do jednej v indukčnom a kapacitnom sektore. Úplne odsadený Negatívny vplyv indukčnosť nebude úspešná, ale je možné sa priblížiť k požadovanému indikátoru - 0,95 v indukčnej zóne.
Fázomery sa používajú pri práci s inštaláciami, ktoré môžu ovplyvniť režim prevádzky elektrickej siete prostredníctvom regulácie cos φ.
- Keďže pri finančných výpočtoch za spotrebovanú energiu sa berie do úvahy aj jalová zložka, vo výrobe sú na kondenzátory inštalované automatické kompenzátory, ktorých kapacita sa môže meniť. V sieťach sa spravidla používajú statické kondenzátory;
- Pri nastavovaní cos φ pre synchrónne generátory zmenou budiaceho prúdu je potrebné ho vizuálne sledovať v ručných prevádzkových režimoch;
- Synchrónne kompenzátory, čo sú synchrónne motory pracujúce bez záťaže, v režime prebudenia dodávajú energiu do siete, ktorá kompenzuje indukčnú zložku. Na reguláciu budiaceho prúdu sa na fázovom merači sledujú hodnoty cos φ.
Korekcia účinníka je jednou z najefektívnejších investícií na zníženie nákladov na energiu. Zároveň sa zlepšuje kvalita prijímanej energie.
Video
Okamžitá sila pľubovoľný úsek obvodu, ktorého napätie a prúd sa menia podľa zákona u=U m hriech( t), i = ja m hriech( t-), má formu
p = ui = U m hriech( t)ja m hriech( t- )= U m ja m/2 =
= Ui cos -UI cos(2 t-) = (UI cos - UI cos cos2 t)– UI sin sin2 t. (1)
Aktívny výkon obvodu striedavého prúdu P definovaný ako priemerný okamžitý výkon p(t) počas obdobia:
pretože priemerná hodnota harmonickej funkcie za obdobie je 0.
Z toho vyplýva, že priemerný výkon za periódu závisí od fázového uhla medzi napätím a prúdom a nerovná sa nule, ak má časť obvodu aktívny odpor. Ten vysvetľuje jeho názov aktívny výkon. Ešte raz zdôrazňujeme, že v aktívnom odpore dochádza k nevratnej premene elektrickej energie na iné druhy energie, napríklad na tepelnú energiu. Aktívny výkon možno definovať ako priemernú rýchlosť dodávky energie do časti obvodu za určité obdobie. Aktívny výkon sa meria vo wattoch (W).
Jalový výkon
Pri výpočte elektrických obvodov, tzv reaktívny moc. Charakterizuje procesy výmeny energie medzi reaktívnymi prvkami obvodu a zdrojmi energie a číselne sa rovná amplitúde premennej zložky okamžitého výkonu obvodu. V súlade s tým je možné určiť jalový výkon z (1) ako
Q = UI hriech.
V závislosti od znamienka uhla môže byť jalový výkon kladný alebo záporný. Jednotka jalového výkonu, aby sme ju odlíšili od jednotky aktívneho výkonu, sa nazýva nie watt, ale voltampérový reaktívnyvar. Reaktívne výkony indukčných a kapacitných prvkov sa rovnajú amplitúdam ich okamžitých výkonov p Pôda p C. Ak vezmeme do úvahy odpor týchto prvkov, reaktívne výkony induktora a kondenzátora sú rovnaké Q L= UI=X L ja 2 a Q C= UI=X C ja 2, resp.
Výsledný jalový výkon rozvetvený elektrický obvod sa nachádza ako algebraický súčet jalových výkonov prvkov obvodu, berúc do úvahy ich povahu (indukčnú alebo kapacitnú): Q=Q L- Q C. tu Q L je celkový jalový výkon všetkých prvkov indukčného obvodu a Q C predstavuje celkový jalový výkon všetkých prvkov kapacitného obvodu.
Plný výkon
Okrem činného a jalového výkonu je obvod sínusového prúdu charakterizovaný celkovým výkonom, označeným písmenom S. Plným výkonom sekcie sa rozumie maximálny možný činný výkon pri danom napätí U a aktuálne ja. Je zrejmé, že maximálny aktívny výkon sa získa pri cos= 1, t.j. pri absencii fázového posunu medzi napätím a prúdom:
S = ui.
Potreba zaviesť túto silu sa vysvetľuje skutočnosťou, že pri navrhovaní elektrických zariadení, prístrojov, sietí atď. sa počítajú pre určité menovité napätie U menovitý a definovaný menovitý prúd ja nom a ich produkt Užiadne M ja nom \u003d S nom udáva maximálny možný výkon tohto zariadenia (celkový výkon S nom je uvedený v pase väčšiny elektrických zariadení so striedavým prúdom.). Na odlíšenie celkového výkonu od iných výkonov sa jeho jednotka merania nazýva voltampér a skratka VA. Zdanlivý výkon sa číselne rovná amplitúde premennej zložky okamžitého výkonu.
Z vyššie uvedených pomerov môžete nájsť vzťah medzi rôznymi právomocami:
P = S cos, Q= S hriech, S= UI=
a vyjadrite uhol fázového posunu z hľadiska aktívneho a jalového výkonu:
.
Zvážte jednoduchý trik, ktorý vám umožní nájsť aktívny a jalový výkon časti obvodu z komplexného napätia a prúdu. Spočíva v odbere súčinu komplexného napätia 
a aktuálne 
, komplexne konjugovaný s prúdom 
uvažovaný úsek okruhu. Operácia komplexnej konjugácie spočíva v zmene znamienka na opačné pred imaginárnou časťou komplexného čísla alebo v zmene znamienka fázy komplexného čísla, ak je číslo znázornené v exponenciálnom zápise. V dôsledku toho dostaneme hodnotu tzv plný integrovaný výkon a označené 
. Ak 
, potom pre celkovú komplexnú mocninu získame:
To ukazuje, že aktívne a reaktívne sily sú reálnou a imaginárnou časťou celkového komplexného výkonu, resp. Aby sa uľahčilo zapamätanie všetkých vzorcov súvisiacich s mocninami, na obr. 7, b(str. 38) sa zostrojí mocninový trojuholník.
Napájanie je aktívne a niekedy plné. Otázka je, plné čoho? Hovorí sa však, že to, čo nám dobre slúži, čo nám robí užitočnú prácu, ale aj ... sa ukazuje, že to nie je všetko. Je tu aj druhá zložka, ktorá sa ukáže ako akési zaváhanie a jednoducho spaľuje energiu. Zahreje to, čo netreba, a nie je nám z toho ani teplo, ani zima.
Tento výkon sa nazýva jalový výkon. Ale napodiv si za to môžeme sami. Alebo skôr náš systém výroby, prenosu a spotreby elektriny.
Aktívny, reaktívny a zdanlivý výkon
Elektrickú energiu využívame prostredníctvom sietí striedavého prúdu. Napätie v našich sieťach každú sekundu kolíše 50-krát od minimálnej hodnoty po maximum. Tak sa aj stalo. Keď vynašli elektrický generátor, ktorý premieňa mechanický pohyb na elektrinu, ukázalo sa, že perpetuum mobile, alebo v preklade z latinčiny perpetum mobile, je najjednoduchšie usporiadať do kruhu. Kedysi bolo vynájdené koleso a odvtedy vieme, že ak je zavesené na náprave, dá sa dlho, dlho otáčať a zostane na tom istom mieste – na náprave.
Prečo máme v sieti striedavé napätie
A elektrický generátor má os a niečo, čo sa na nej otáča. A v dôsledku toho sa získa elektrické napätie. Iba generátor sa skladá z dvoch častí: rotujúceho rotora a pevného statora. A obaja sa podieľajú na výrobe elektriny. A keď sa jedna časť otáča okolo druhej, potom sa body povrchu rotujúcej časti nevyhnutne buď priblížia k bodom povrchu stacionárnej časti, a potom sa od nich vzdiali. A túto kĺbovú polohu nevyhnutne opisuje len jedna matematická funkcia – sínusoida. Sínusoida je projekcia rotácie v kruhu na jednu z geometrických osí. Ale takých osí, ktoré sa dajú postaviť, je veľa. Zvyčajne sú naše súradnice na seba kolmé. A potom, keď sa otáčate v kruhu určitého bodu na jednej osi, projekcia rotácie bude sínusoida a na druhej strane - kosínusová vlna alebo rovnaká sínusoida, iba posunutá vzhľadom na prvú o štvrtinu otočiť alebo o 90°.
To je niečo, čo predstavuje napätie, ktoré nám do bytu prináša elektrická sieť.
uhol rotácie tu nie je rozdelený na 360 stupňov,
a 24 divízií. To znamená, že jedno rozdelenie zodpovedá 15 °
6 dielikov = 90°
Takže napätie v našej sieti je sínusové s frekvenciou 50 hertzov a amplitúdou 220 voltov, pretože bolo pohodlnejšie vyrábať generátory, ktoré produkujú presne striedavé napätie.
Prínos premenlivého napätia – Systémový prínos
A aby bolo napätie konštantné, musíte ho konkrétne narovnať. A to sa dá urobiť buď priamo v generátore (špeciálne navrhnutom - potom sa stane DC generátorom), alebo niekedy neskôr. Toto „jednoho dňa“ sa opäť ukázalo ako veľmi užitočné, pretože striedavé napätie môže byť premenené transformátorom - zvýšiť alebo znížiť. To sa ukázalo ako druhá vymoženosť variabilného napätia. A zvýšením pomocou transformátorov na napätia, ktoré sú doslova EXTRÉMNE (pol milióna voltov alebo viac), sa dá prenášať na gigantické vzdialenosti drôtom bez gigantických strát. A to prišlo vhod aj v našej veľkej krajine.
Takže keď do nášho bytu priviedli napätie, znížili ho aspoň na nejakú predstaviteľnú (hoci stále nebezpečnú) hodnotu 220 voltov, opäť ho zabudli premeniť na konštantu. A prečo? Svetlá svietia, chladnička je zapnutá, televízor je zapnutý. Aj keď má televízor tieto konštantné / premenlivé napätia ... ale ani o tom tu nebudeme hovoriť.
Straty striedavého napätia
A tu používame sieť so striedavým napätím.
A obsahuje „platbu za zabudnutie“ – reaktanciu našich konzumných sietí a ich jalový výkon. Reaktancia je odpor voči striedavému prúdu. A výkon, ktorý jednoducho prejde okolo našich spotrebúvajúcich elektrických spotrebičov.
Prúd prechádzajúci drôtmi sa vytvára okolo nich elektrické pole. Elektrostatické pole priťahuje náboje zo všetkého, čo zdroj poľa, teda prúd, obklopuje. A zmenou prúdu vzniká aj elektromagnetické pole, ktoré začne bezkontaktne indukovať všetky vodiče naokolo elektrické prúdy. Takže naša súčasná sínusoida, len čo niečo zapneme, nie je len prúd, ale jeho neustála zmena. Okolo je dostatok vodičov, počnúc kovovými skriňami tých istých elektrospotrebičov, kovovými rúrkami na zásobovanie vodou, kúrením, kanalizáciou a končiac armovacími tyčami v železobetónových stenách a stropoch. Tu prichádza elektrina. Dokonca aj voda v záchodovej mise, a tá sa podieľa na všeobecnej zábave - indukujú sa v nej aj zberné prúdy. Takúto elektrinu vôbec nepotrebujeme, my sme si ju „neobjednali“. Ale snaží sa tieto vodiče zohriať, čiže odoberá elektrinu z našej bytovej siete.
Ak chcete charakterizovať pomer výkonu v našej AC sieti, nakreslite trojuholník.
S je celkový výkon spotrebovaný našou sieťou,
P - aktívny výkon, je to tiež užitočná aktívna záťaž,
Q - jalový výkon.
Plný výkon sa dá merať wattmetrom a činný výkon získame výpočtom našej siete, v ktorej berieme do úvahy len pre nás užitočné záťaže. Prirodzene zanedbávame odpor vodičov, pretože ich považujeme za malý v porovnaní s užitočnými odpormi elektrických spotrebičov.
Plný výkon
S = U x I = U a x I f
To znamená, že čím „hlúpejší“ je tento ostrý uhol, tým horšie pre nás funguje vnútorná sieť, ktorá spotrebuje byt - veľa energie ide nazmar.
Čo je aktívny, reaktívny a zdanlivý výkon
Uhol j môžeme nazvať aj uhlom fázového posunu medzi prúdom a napätím v našej sieti. Prúd je výsledkom aplikácie počiatočného napätia 220 voltov s frekvenciou 50 hertzov do našej siete. Keď je záťaž aktívna, fáza prúdu sa zhoduje s fázou napätia v nej. A reaktívne zaťaženie posúva túto fázu o tento uhol.
V skutočnosti uhol charakterizuje stupeň účinnosti našej spotreby energie. A musíme sa to pokúsiť znížiť. Potom sa S priblíži k P.
Len je pohodlnejšie pracovať nie s uhlom, ale s kosínusom uhla. Toto je presne pomer dvoch mocností:
Kosínus uhla sa blíži k jednotke, keď sa uhol blíži k nule. To znamená, že čím ostrejší je uhol j, tým lepšie, elektrická spotrebná sieť funguje efektívnejšie. V praxi, ak dosiahnete hodnotu kosínusu phi (a dá sa to vyjadriť v percentách) rádovo 70–90 %, potom sa to už považuje za celkom dobré.
Často sa používa iný vzťah, ktorý spája činný výkon a jalový výkon:
Z diagramu prúdu a napätia môžete nájsť výrazy pre výkony: aktívny, jalový a celkový.
Ak sa činný výkon, ktorý je nám známejší, meria vo wattoch, potom sa zdanlivý výkon meria vo voltampéroch (var). Watt z var možno vypočítať vynásobením kosínusom phi.
Čo je jalový výkon
Jalový výkon je buď indukčný alebo kapacitný. V elektrickom obvode sa správajú odlišne. Pri jednosmernom prúde je indukčnosť len kusom drôtu, ktorý má veľmi malý odpor. Jednosmerný kondenzátor je len prerušenie obvodu.
A keď ich zaradíme do obvodu, privedieme na ne napätie, pri prechodovom procese sa správajú aj opačne. Kondenzátor je nabitý, pričom výsledný prúd je najprv veľký, potom, keď sa nabíja, malý, klesá na nulu.
V induktore, cievke s drôtom, magnetické pole, ktoré vzniká po zapnutí hneď na začiatku, silne bráni prechodu prúdu a najprv je malé, potom sa zvýši na svoju stacionárnu hodnotu, určenú aktívnymi prvkami obvode.
Kondenzátory tak prispievajú k zmene prúdu v obvode a indukčnosti bránia zmene prúdu.
Indukčné a kapacitné zložky odporu siete
Reaktívne prvky teda majú svoje vlastné typy odporu - kapacitné a indukčné. S impedanciou, vrátane aktívnych a reaktívnych zložiek, je to spojené s nasledujúcim vzorcom:
Z je impedancia,
R - aktívny odpor,
X - reaktancia.
Reaktancia sa zase skladá z dvoch častí:
X L - indukčné a X C - kapacitné.
Preto vidíme, že ich príspevok k reaktívnej zložke je odlišný.
Všetko, čo je v sieti indukčné, zvyšuje reaktanciu siete, všetko, čo je v sieti kapacitné, reaktanciu znižuje.
Elektrické spotrebiče ovplyvňujúce kvalitu spotreby
Ak by všetky zariadenia v našej sieti boli ako žiarovky, to znamená, že by boli čisto aktívnou záťažou, neboli by žiadne problémy. Ak by existovala aktívna konzumná sieť, jedna nepretržitá aktívna záťaž a, ako sa hovorí, v otvorenom poli - v okolí nie je nič, potom by sa všetko ľahko vypočítalo podľa Ohmových a Kirchhoffových zákonov a bolo by spravodlivé - koľko spotrebované, zaplatili ste za toľko. Ale tým, že máme okolo seba tajomnú vodivú „infraštruktúru“ a v samotnej sieti množstvo nezapočítaných kapacít a indukčností, dostávame okrem pre nás užitočného aj reaktívne, zbytočné zaťaženie.
Ako sa toho zbaviť? Keď už bola elektrická spotrebná sieť vytvorená, môžu sa prijať opatrenia na zníženie reaktívnej zložky. Kompenzácia je založená na "antagonizme" indukčnosti a kapacity.
To znamená, že v existujúcej sieti by sa mali merať jej komponenty a potom by sa mala vymyslieť kompenzácia.
Predovšetkým dobrý efekt z takýchto činností sa dosahuje vo veľkých spotrebných sieťach. Napríklad na úrovni poschodia továrne s veľké množstvo trvalé vybavenie.
Na kompenzáciu jalovej zložky sa používajú špeciálne kompenzátory jalového výkonu (RPC), obsahujúce vo svojej konštrukcii kondenzátory, ktoré menia celkový fázový posun v sieti k lepšiemu.
Vítané je aj použitie striedavých synchrónnych motorov v sieťach, pretože sú schopné kompenzovať jalový výkon. Princíp je jednoduchý: sú schopné pracovať v sieti v režime motora a keď sa počas fázového posunu spozoruje „zablokovanie“ elektriny (jazyk už nenachádza iné slová), dokážu to kompenzovať „ zarábanie peňazí“ v sieti v režime generátora.