reaktif güç nedir? Reaktif güç kompanzasyonu. Reaktif gücün hesaplanması. Güç hakkında bir kez daha: aktif, reaktif, görünen (P, Q, S) ve ayrıca güç faktörü (PF)

Aktif güç (P)

Başka bir deyişle, aktif güç şu şekilde adlandırılabilir: gerçek, gerçek, faydalı, gerçek güç. Bir DC devresinde, bir DC yükünü besleyen güç, yük üzerindeki voltajın ve akan akımın basit ürünü olarak tanımlanır;

çünkü bir DC devresinde akım ve gerilim arasında faz açısı kavramı yoktur. Başka bir deyişle, bir DC devresinde güç faktörü yoktur.

Ancak sinüzoidal sinyallerde, yani AC devrelerinde, akım ve voltaj arasında bir faz farkının varlığından dolayı durum daha karmaşıktır. Bu nedenle, yüke fiilen güç sağlayan gücün (aktif güç) ortalama değeri şu şekilde tanımlanır:

Alternatif akım devresinde, tamamen aktifse (dirençli), güç formülü doğru akımla aynıdır: P \u003d U I.

Aktif güç için formüller

P = U ben - DC devrelerinde

P = U ben cosθ - tek fazlı AC devrelerde

P = √3 U L I L cosθ - üç fazlı AC devrelerde

P = 3 U Ph I Ph cosθ

P \u003d √ (S 2 - Q 2) veya

P =√ (VA 2 - değişken 2) veya

Aktif güç = √ (Görünen güç 2 - Reaktif güç 2) veya

kW = √ (kVA 2 - kvar 2)

reaktif güç (Q)

Buna işe yaramaz veya wattsız güç demek de güçlü olurdu.

Kaynak ve yük arasında sürekli olarak ileri geri akan güç, reaktif güç (Q) olarak bilinir.

Reaktif güç, reaktif özellikleri nedeniyle yük tarafından tüketilen ve sonra geri dönen güçtür. Aktif gücün birimi watt'tır, 1 W = 1 V x 1 A. Enerji reaktif güçönce birikti ve sonra serbest bırakıldı manyetik alan veya sırasıyla bir indüktör veya kapasitör durumunda bir elektrik alanı.

Reaktif güç şu şekilde tanımlanır:

endüktif yükler için pozitif (+Ue), kapasitif yükler için negatif (-Ue) olabilir.

Reaktif gücün birimi reaktif volt-amperdir (var): 1 var = 1 V x 1 A. Basitçe söylemek gerekirse, reaktif güç birimi 1 V x 1 A tarafından üretilen manyetik veya elektrik alanın büyüklüğünü belirler.

reaktif güç için formüller

Reaktif güç = √ (Görünen güç 2 - Aktif güç 2)

var \u003d √ (VA 2 - P 2)

kvar = √ (kVA 2 - kW 2)

Brüt güç (S)

Görünen güç, aralarındaki faz açısını göz ardı ederek voltaj ve akımın ürünüdür. Tüm AC şebeke gücü (dağıtılan ve emilen/geri dönen) görünür durumda.

Reaktif ve aktif gücün birleşimine görünür güç denir. Bir alternatif akım devresinde voltajın efektif değeri ile akımın efektif değerinin çarpımına görünür güç denir.

Faz açısı dikkate alınmadan gerilim ve akım değerlerinin çarpımıdır. Görünür gücün (S) birimi VA'dır, 1 VA = 1 V x 1 A. Devre tamamen aktifse, görünen güç aktif güce eşittir ve endüktif veya kapasitif bir devrede (reaktansın varlığında) ), görünür güç aktif güçten daha büyüktür.

Brüt Güç Formülü

Görünen güç = √ (Reaktif güç 2 + Reaktif güç 2)

kUA = √(kW 2 + kUAR 2)

Bu not alınmalı:

Direnç aktif gücü tüketir ve onu ısı ve ışık şeklinde verir.
Endüktans, reaktif gücü alır ve onu manyetik alan şeklinde geri verir.
Kondansatör reaktif gücü alır ve onu bir elektrik alanı şeklinde serbest bırakır.

İşletmelerin ve büyük güç mühendisleri için alışveriş merkezleri reaktif enerjinin varlığından şüphe yoktur. Aylık faturalar ve ödemeye giden çok gerçek para reaktif elektrik , varlığının gerçekliğine ikna edin. Ama bazı elektrik mühendisleri ciddi ciddi matematiksel hesaplarla bu elektriğin bir kurgu olduğunu, bu ayrımın bir kurgu olduğunu ispatlıyorlar. elektrik enerjisi yapay olarak aktif ve reaktif bileşenlere ayrılır.

Deneyelim ve bu konuyu anlayacağız, özellikle de farklılıkların cehaleti farklı şekiller elektrik yaratıcıları spekülasyon yapıyor. Büyük ilgi vaat ederek, bilinçli veya bilmeden bir tür elektrik enerjisini diğeriyle değiştirirler.

Aktif ve reaktif elektrik kavramlarıyla başlayalım. Elektrik mühendisliği formülleri ormanına girmeden, belirlemek mümkündür çalışan enerji olarak aktif enerji: elektrikli sobalarda yemek ısıtır, odanızı aydınlatır, klima ile havayı soğutur. Ve reaktif elektrik, bu tür işleri yapmak için gerekli koşulları yaratır. Reaktif güç olmayacak ve motorlar dönemeyecek, buzdolabı çalışmayacaktır. Tek bir güç trafosu reaktif elektrik tüketmeden çalışmadığından, tesisleriniz 220 volt voltaj almayacaktır.

Bir osiloskopta akım ve gerilim sinyalleri aynı anda gözlenirse, bu iki sinüsoid her zaman birbirine göre bir kaymaya sahiptir. faz açısı. Yük tarafından tüketilen toplam enerjiye reaktif enerjinin katkısını karakterize eden bu kaymadır. Sadece yükteki akımı ölçerek, enerjinin reaktif kısmını izole etmek imkansızdır.

Reaktif enerji iş yapmadığı için tüketildiği yerde üretilebilir. Kapasitörler bunun için var. Gerçek şu ki, bobinler ve kapasitörler tüketiyor Farklı türde reaktif enerji: sırasıyla endüktif ve kapasitif. Akım eğrisini gerilime göre zıt yönlerde kaydırırlar.

Bu koşullar nedeniyle bir kapasitör, kapasitif enerji tüketicisi veya endüktif bir jeneratör olarak kabul edilebilir. Endüktif enerji tüketen bir motor için, yakınlarda bulunan bir kondansatör bunun kaynağı olabilir. Bu tersinirlik sadece çalışmayan reaktif devre elemanları için mümkündür. Aktif enerji için böyle bir tersinirlik yoktur: üretimi yakıt maliyetleri ile ilişkilidir. Sonuçta, işe başlamadan önce enerji harcamanız gerekiyor.

Evsel koşullarda, güç iletim kuruluşları reaktif enerji için bir ücret talep etmez ve bir ev sayacı sadece elektrik enerjisinin aktif bileşenini sayar. Büyük işletmelerde durum oldukça farklıdır: çok sayıda elektrik motorları, Kaynak makineleri ve çalışması için reaktif enerji gerektiren transformatörler, enerji hatlarında ek bir yük oluşturur. Aynı zamanda halihazırda aktif olan enerjinin akım ve ısı kayıpları artar.

Bu durumlarda reaktif enerji tüketimi sayaç tarafından dikkate alınır ve ayrıca ödenir. Reaktif elektriğin maliyeti, aktif elektriğin maliyetinden daha düşüktür, ancak büyük miktarlarda tüketimi ile ödemeler çok önemli olabilir. Ayrıca, kararlaştırılan değerlerin üzerinde reaktif enerji tüketimi için para cezası uygulanır. Dolayısıyla bu tür işletmelerin bu enerjiyi tükettikleri yerde üretmeleri ekonomik açıdan avantajlıdır.

Bunun için ya bireysel kapasitörler kullanılır ya da tüketim hacimlerini izleyen ve kapasitör sıralarını bağlayan veya bağlantısını kesen otomatik kompanzasyon ayarları kullanılır. Modern tazminat sistemleri harici ağdan reaktif enerji tüketimini önemli ölçüde azaltmaya izin verir.

Makalenin başlığındaki soruya dönersek, olumlu cevap verebilirsiniz. Reaktif enerji vardır. Onsuz, manyetik alanın oluşturulduğu elektrik tesisatlarının çalışması imkansızdır. Görünür iş yapmadan, yine de aktif elektrik enerjisi ile gerçekleştirilen işin performansı için gerekli bir koşuldur.

Salınım hareketlerinin genel teorisinde olduğu gibi, alternatif akımlar teorisinde vektör diyagramları çok faydalıdır. Sinüzoidal olarak değişen elektromotor kuvvetinin

açısal bir hızla saat yönünün tersine dönen, uzunluğu eşit ve ilk konumu o anda apsis ekseni ile çakışan bir vektörün ordinat ekseni üzerindeki izdüşümü olarak gösterilebilir.

Kendimize, vektör diyagramının, endüktanslı bir bobin boyunca sinüzoidal bir elektromotor kuvvetinin etkisi altında akan akımı nasıl temsil edeceğini soralım.

Pirinç. 341. Endüktif direnç durumu için vektör diyagramı.

Pirinç. 342. Kapasitans durumu için vektör diyagramı.

Bu durumda akımın gerilimin çeyrek periyot gerisinde kaldığını gördük. Çeyrek dönemlik bir gecikme, bir vektör diyagramında akım vektörünün bir gecikmesiyle temsil edilecektir, böylece "endüktif" akım vektörü, voltaj vektörüne dik olacak (Şekil 341), 90 geride kalacaktır. bu vektör

Alternatif bir akımın bir kapasitörden geçmesiyle uğraşıyorsak, o zaman akım, elektromotor kuvvetinin periyodun dörtte biri kadar ilerisindedir. Bu, "kapasitif" akımı temsil eden vektörün, voltaj vektörünün önünde olması gerektiği anlamına gelir (Şek. 342). Bu vektörün değeri, yukarıda gördüğümüz gibi, ilişki tarafından belirlenir.

Aktif omik direnç durumunda, akım gerilim ile aynı fazdadır. Bu, akım vektörünün voltaj vektörü ile aynı doğrultuda olduğu anlamına gelir, büyüklüğü elbette Ohm yasası tarafından belirlenir.

Vektörü voltaj vektörü ile çakışan akıma aktif akım denir. Vektörleri gerilim vektörünün gerisinde kalan veya ona öncülük eden akımlara reaktif akımlar denir. Böyle bir ismin seçimi, alternatif akım devresinin güç tüketimini belirleyen aktif akımlar, reaktif akımın uyarılması (yani, voltajın gerisinde kalan veya onu yöneten akım) olduğu gerçeğiyle açıklanmaktadır. periyodun çeyreği) jeneratör, periyodun her çeyreğinde aynı miktarda enerji tüketir, periyodun sonraki çeyreğinde bu reaktif akım jeneratöre ne kadar geri verir (bkz. Şekil 337); Sonuç olarak, reaktif akımın iş üretmediği ortaya çıkıyor.

Daha genel bir durumda, akım ve gerilim arasındaki faz kayması açıyla (radyan cinsinden) belirlendiğinde, alternatif akımın bir tam sayı (veya yarım tam sayı) periyot sayısı ile yaptığı iş orantılıdır.

Aslında, akımın voltajın bir açıyla gerisinde kalmasına izin verin

Daha sonra dönem için mevcut iş, integral tarafından belirlenir.

ve akım tarafından tüketilen ortalama güç, bu işin sürenin süresine oranı ile belirlenir:

Akım ve voltajın etkin değerlerini verirsek, o zaman

Yani tamamen reaktif akımlarda, elektrik devresi aracılığıyla jeneratörden yüke iletilen güç ortalama olarak sıfıra eşittir.

Herhangi bir voltaj ve akım değeri için, aralarındaki faz farkı ne kadar küçükse ve buna göre birliğe ne kadar yakınsa, akım tarafından jeneratörden yüke o kadar fazla güç iletilir; bu nedenle devrenin güç faktörü olarak adlandırılır.

Birçok durumda reaktif akımlara ihtiyaç duyulur. Bu nedenle, örneğin demir nesneleri kaldırmak için tasarlanmış bir elektromıknatısı alternatif akımla beslersek, o zaman ideal durumda tamamen endüktif bir direnci temsil eden elektromıknatıs bobini, şebekeden ana voltajın 100% gerisinde kalan bir reaktif akım tüketecektir.

Bununla birlikte, çoğu durumda, özellikle alternatif gerilimleri dönüştürmek için kullanılan transformatörleri beslerken, transformatörün sekonder sargısı yüklendiğinde oluşan aktif akım önemlidir (§ 84). Transformatörün çekirdeğinde manyetik alan oluşturmak için gerekli olan reaktif akım, özünde bir yardımcı karakterdir; doğrudan herhangi bir şey üretmez faydalı iş.

Çoğu zaman olduğu gibi, çok sayıda transformatörün ağa bağlı olduğunu varsayalım. Her biri, çekirdeğin manyetik alanını oluşturmak için bilinen bir reaktif akım tüketir. Bu, tesisatın güç faktörünü önemli ölçüde düşürür.

Bununla birlikte, rezonans olgusunu kullanarak akım vektörünün voltaj vektörüyle çakışmasını sağlamak mümkündür (§ 83). Bunu yapmak için, transformatörlere ek olarak, kapasitans C de şebekeye dahil edilir ve reaktif akımı, transformatörlerin toplam reaktif akımına eşit olacak şekilde seçilir.

O zaman dış devrede sadece aktif akım akarken, transformatörlerin reaktif akımları ve kapasitanslar karşılıklı olarak birbirini dengeler. Sadece devrede dolaşacaklar: kapasitans - güç santralinin besleme şebekesine ve jeneratörüne girmeden trafo sargıları. Besleme hattı ve jeneratör için santral ve çalışma koşulları en uygun olacaktır.

Bu olayın önemli ekonomik önem. Gereksiz reaktif akımla yüklenmeyen santral ve iletim hatlarının daha fazla aktif akımla yüklenebileceği açıktır.

Reaktif akım fikrinin, fazı gerilime göre kaydırılan ve bu nedenle ortalama olarak herhangi bir iş üretmeyen ve enerji dağılımına (ısıtma telleri için) eşlik etmeyen bir akım olarak, elbette ki, alternatif akımı bobinlerden veya kapasitörlerden geçirirken gerçekte meydana gelen süreçlerin idealleştirilmesidir (şematik basitleştirme). Bir bobin veya kondansatörden geçen akımların fazlarının gerilimin fazından 90° farklı olduğu sonucu, yalnızca bu akımların geçişi tellerin ısınması ve diğer kayıplarla ilişkili değilse (önerildiği gibi) doğru olacaktır. önceki paragraf ). Ancak Joule-Lenz yasasına göre oluşan tellerin ısınmasına bağlı olarak bobinden geçen akım, aynı frekanstaki (ve yüksek frekansta bobinin direnci) aktif akımdan farklı değildir. cilt etkisi nedeniyle sarım önemli olabilir).

Ek olarak, akım enerjisinin bir kısmı, bobinin çekirdeğindeki (varsa) histerezis kayıpları ve çevreleyen iletkenlerdeki, örneğin radyo bobinlerinin yerleştirildiği metal "ekranlardaki" Foucault akımları nedeniyle dağılır. Eksik yalıtım vb. nedeniyle akım kaçağı da meydana gelebilir. Akım enerjisi kayıpları, ancak genellikle bobinlerdekinden daha küçüktür, akım kapasitörlerden geçtiğinde de gözlenir. Bu durumda, bunlar esas olarak dielektrikin polarizasyon alanının gücünden kaynaklanan zamandaki bir miktar gecikmeden kaynaklanır (onun etkilenen kısmında)

Moleküler termal hareketin etkisi) ve ayrıca bazen kapasitörün dielektrikinde küçük iyonik iletim akımlarının varlığı.

Kayıplar nedeniyle, bir bobin veya kapasitörden geçen akım asla tamamen reaktif değildir, yani gerilime göre faz kayması asla tam olarak eşit değildir, ancak her zaman kayıp iğnesi adı verilen açıdan daha az olduğu ortaya çıkar. İdeal bir bobindeki voltajın etkisi altında, genliğe sahip tamamen reaktif bir akım akmış olmalıdır - aslında, bir sonraki paragrafın sonunda gösterildiği gibi (burada türetilen genelleştirilmiş Ohm yasasının bir açıklaması şeklinde), bir akım bobinden geçen bu gerçek akımın değerine kayıplar nedeniyle azalan bir genlikle uyarılır, kayıplar nedeniyle ortaya çıkan aktif akım ile reaktif akımın toplamıdır

genlik, Şekil l'deki değere düşürülür. 343. Şek. 343

Pirinç. 343. Kayıplar nedeniyle bobinden geçen akımın genliği bir değere, reaktif akımın genliği ise kayıp açısının olduğu bir değere düşer.

Benzer ilişkiler ve aynı diyagram, kondansatörden geçen akım için de geçerlidir. Aktif akım, fazı gerilimle çakışan bir akım olduğundan, kayıplar nedeniyle harcanan gücün eşit olduğu açıktır. onunla seri (kayıp direnci olarak adlandırılır), eğer bu direnç tam olarak dağıtılan güçlerin eşitliği koşulundan belirlenirse:

Yukarıda belirtildiği gibi,

Bu nedenle, ortaya çıkıyor ki

Aktif akım genliğinin bu değerini, kayıp teğet için yukarıdaki ifadeye ikame ederek, kayıpların alternatif akım modu üzerindeki etkisini analiz ederken ana formül olarak kabul edilen bir formüle ulaşıyoruz. elektrik devreleri:

Bu formülün türetilmesi anlamında, benzer bir ilişkinin kapasitörlü bir devrede kayıp tanjant için de geçerli olduğu açıktır.

Radyo mühendisliği hesaplamalarında, elektrik devresinin kalite faktörü olarak adlandırılan kayıp teğetinin tersi sıklıkla kullanılır (bkz. sayfa 460 ve 485):

Büyük indüktörlerdeki kayıplar büyük ölçüde çekirdeğin tasarımına ve manyetik özelliklerine ve sargının tasarımına bağlıdır. Uygun tasarımla, çekirdekteki ve sargıdaki (frekansa eşit olarak bağlı olmayan) kayıplar mümkün olduğunca eşitlenmelidir.

Foucault akımlarındaki kayıpları azaltmak için çekirdekler, birbirlerinden izole etmek için ince (0,05 mm) bir vernik tabakasıyla kaplanmış ince trafo demir levhalarından (0,5-0,35 mm kalınlığında) alınır. Bu tür çekirdeklerdeki kayıplar, çekirdeğin kütlesinin kilogramı başına kadardır. Tellerin boyutu, cilt etkisi nedeniyle dirençlerindeki artış dikkate alınarak seçilir, böylece çalışma sırasında sargıdaki kayıplar yaklaşık olarak çekirdekteki kayıplara eşittir. Yüksek güçlü transformatörlerin (%3-4 mertebesinde) ve çok yüksek güçlü transformatörlerde (% birkaç onda bir mertebesinde) çekirdek ve sargıdaki toplam kayıplar

Küçük laboratuvar tipi transformatörlerdeki ve radyo ekipmanında kullanılan "güç" transformatörlerindeki kayıplar genellikle %10-12'den (daha sıklıkla yaklaşık %30) az değildir, bobinlerdeki ve ses frekans yükseltici transformatörlerdeki kayıplardır. akımlar 2000-5000 dönüşten oluşur ve bir endüktansa sahiptir

Radyo frekanslarının rezonans devrelerinin bobinleri, bir henry'nin binde biri (ve kısa dalgalar için milyonda biri) mertebesinde bir endüktansa sahiptir. Bu endüktans, ferromanyetik bir çekirdek içermeyen nispeten az sayıda tel dönüşü tarafından oluşturulur. Bu bağlamda, RF bobinlerindeki kayıplar küçüktür - yaklaşık %1 (kayıp açısı teğet - 0,02'den 0,005'e).

Kapasitörlerdeki kayıplar (elektrolitik kapasitörler hariç) genellikle kayıp tanjantına karşılık gelen değeri aşmaz Elektrolitik kapasitörlerde kayıp tanjantı 0,2'ye ulaşabilir.

En iyi yalıtkanlar arasında (sahip olmak özdirenç ohm-cm sırası) göze çarpıyor en küçük değer kayıp teğet: erimiş kuvars, mika-muskovit, parafin ve polistiren; onlar için

Elektrik gücünün elektrik akımına ve voltajına genel bağımlılığı uzun zamandır bilinmektedir: bu bir üründür. Akımı voltajla çarpıyoruz - devre tarafından tüketilen bu miktarın değerini ağdan alıyoruz.

Ancak gerçekte işler bu kadar basit olmayabilir. Çünkü basitçe voltajı akımla çarparak görünür gücün değerini elde ederiz. Görünüşe göre - ihtiyacın olan şey bu! Sonuçta, genellikle ilgileniyoruz tam değer herhangi beden.

Bununla birlikte, böyle bir tutum elektrik gücüne genişletilemez, çünkü apartman sayacımızın okumalarının değiştiği elektrik ve güç dolu değil, aktiftir.

Aktif güç- bu, ağda aynı anda hem voltaj hem de senkron olduğu anda tüketilen güçtür. elektrik. Aslında, DC devrelerde, açma-kapama geçişleri dışında, olan tam olarak budur.

Gerilim sürekli "basar", devre kapalıysa belirli bir akım sürekli "basar". Sonuç olarak, akım ve gerilim uyum içinde hareket ettiğinden, görünür ve aktif güç eşit olur.

Başka bir şey AC devreleridir. İçlerindeki voltaj saniyede elli kez yön değiştirir ve akım ... bazen voltajın gerisinde, bazen de önünde kalır. Örneğin, devrede "endüktans" varsa, yani çok sarımlı bir tel bobin varsa, bu tür bir devre elemanı üzerindeki akım voltajın "gerisinde kalacaktır".

Bunun nedeni, bobindeki akım değişikliğine direnen kendi kendine endüksiyonun geri EMF'sidir. Gerilimin indüktöre zaten uygulandığı ve arka EMF'den gelen girişim nedeniyle akımın hiçbir şekilde artamayacağı ortaya çıktı.

Pek çok elektrik üniversitesinin öğrencileri arasında şöyle bir sanatsal karşılaştırma var: "Akımın her dönüşte akması zaman alıyor ve voltaj zaten bobinin uçlarında."

Karşı endüksiyon emk, devrede bir voltaj düşüşüne ve akımda bir azalmaya neden olur. Yani bobin bir endüktif direnç kaynağıdır. Ancak aktif dirençten farkı, üzerinde ısı üretilmemesi ve alışılagelmiş anlamda hiç güç tüketilmemesidir.

Kaynaktan endüktansa "boş" bir elektrik nakli vardır. Ve bir masa tenisi topu gibi ileri geri yönlendirilen enerji, ağdan hiçbir yere gitmez. Bu reaktif enerjidir ve evdeki tüketici bunun için güç kaynağı şirketine ödeme yapmak zorunda değildir.

reaktif enerjiŞebekede birim zamanda üretilen reaktif güç olarak kabul edilebilir. Akımın ve voltajın reaktif bileşeninin ürünü ile aktif olanla aynı şekilde hesaplanır.

Akımın reaktif bileşeni, fazındaki gerilim ile çakışmayan bileşendir. "Uyumsuzluk" değeri, faz kaymasının açısı ile karakterize edilir. Saf endüktans durumunda, faz kayması maksimum -90°'dir. Bu, voltaj en yüksek değerine ulaştığında akımın yükselmeye başladığı anlamına gelir.

Ve devrede bir kapasitör (kapasitans) varsa, o zaman voltaj, aksine, bir voltaj düşüşünün meydana gelmesi için kapasitörün plakalarını şarj etmesi gerektiğinden akımın 90 derece gerisinde kalacaktır.

Aynı şekilde, aynı devredeki bir kaynak ve bir kapasitör, hiçbir şeye harcanmayacak olan reaktif enerjiyi değiştirecektir.

Gerçek bir devrede tamamen dirençli veya tamamen reaktif bir yük yoktur, bu nedenle görünür güç her zaman aktif ve reaktif bir bileşenden oluşur ve faz açısı sıfır ile 90 ° arasındadır.

Akımın reaktif bileşeni, faz kayma açısının sinüsü ile ürününe eşittir ve aktif bileşen, bu açının kosinüsü ile çarpıma eşittir:

Q=I*sin⁡φ; P=I*cosφ

Toplam güç, Pisagor teoremi kullanılarak bulunabilir:

S=√(P^2+Q^2);

Aynı zamanda reaktif güç, aktif güçten farklı olarak verimsiz olduğu için watt cinsinden hesaplanamaz. Bu nedenle, reaktif güç için özel bir ölçüm birimi - reaktif volt-amperler (VAR'lar) buldular. Ve toplam, yükün niteliğini belirtmeden volt-amper cinsinden ölçülür.

Bildiğiniz gibi, bir alternatör aktif ve reaktif olmak üzere iki tür elektrik enerjisi üretir. Aktif enerji, elektrikli fırınlarda, lambalarda, elektrikli makinelerde ve diğer tüketicilerde harcanarak diğer enerji türlerine - termal, hafif, mekanik - dönüşür. Reaktif enerji tüketiciler tarafından tüketilmez ve besleme hattı üzerinden jeneratöre geri döndürülür. Bu, ES'den geçen akımda bir artış gerektirir ve buna bağlı olarak, kesit alanlarında bir artış gerektirir.

reaktif güç kompanzasyonu

Birleşik dirençler (yük) içeren elektrik devrelerinde, özellikle aktif (akkor lambalar, elektrikli ısıtıcı vb.) ve endüktif (elektrik motorları, dağıtım transformatörleri, kaynak ekipmanları, flüoresan lambalar vb.) bileşenler içeren elektrik devrelerinde, elektrik devresinden alınan toplam güç ağ, aşağıdaki vektör diyagramı ile ifade edilebilir:

Akımın endüktif elemanlardaki gerilimden faz gecikmesi, zaman aralıklarına neden olur (bkz. Şek.) Gerilim ve akım zıt işaretlere sahip olduğunda: gerilim pozitiftir ve akım negatiftir ve bunun tersi de geçerlidir. Bu anlarda güç, yük tarafından tüketilmez, şebeke üzerinden jeneratöre doğru geri beslenir. Bu durumda, her endüktif elemanda depolanan elektrik, aktif elemanlarda dağılmadan, ancak salınımlı hareketler yaparak (yükten jeneratöre ve geri) şebeke boyunca yayılır. Karşılık gelen güce reaktif güç denir.

Toplam güç, yararlı işler yapan aktif güç ile manyetik alanlar oluşturmak ve üzerinde ek bir yük oluşturmak için harcanan reaktif gücün toplamıdır. kuvvet hatları beslenme. Vektörleri arasındaki açının kosinüsü cinsinden ifade edilen görünür ve aktif güç arasındaki orana güç faktörü denir.

Aktif enerji faydalı - mekanik, termal ve diğer enerjiye dönüştürülür. Reaktif enerji, yararlı işlerin performansıyla ilişkili değildir, ancak oluşturmak için gereklidir. elektromanyetik alan, varlığı elektrik motorlarının ve transformatörlerin çalışması için gerekli bir koşuldur. Güç kaynağı organizasyonundan reaktif güç tüketimi, jeneratörlerin, transformatörlerin gücünde bir artışa, besleme kablolarının kesitinde (verim azalması) ve aktif kayıplarda bir artışa yol açtığı için uygun değildir. voltaj düşüşü (besleme şebekesi akımının reaktif bileşenindeki artış nedeniyle). Bu nedenle, reaktif güç doğrudan tüketiciden alınmalıdır (üretilmelidir). Bu işlev gerçekleştirilir reaktif güç kompanzasyon birimleri (KRM) ana elemanları kapasitörler olan.

KRM kurulumları, çalışma sırasında endüktif bir yük tarafından üretilen gecikmeli reaktif gücü telafi etmek için önde gelen reaktif güç (fazdaki akım iletken voltajı) üreten kapasitif akıma sahip güç alıcılarıdır.

Reaktif güç Q, endüktif elemandan geçen reaktif akımla orantılıdır:
Q=UxIL,
burada IL reaktif (endüktif) akımdır, U şebeke voltajıdır. Böylece, yükü besleyen toplam akım, aktif ve endüktif bileşenlerin toplamıdır:
ben = IR + IL.
"Jeneratör yükü" sistemindeki reaktif akımın oranını azaltmak için kompansatörler (KRM kurulumları) yüke paralel olarak bağlanır. Bu durumda, reaktif güç artık jeneratör ve yük arasında hareket etmez, ancak reaktif elemanlar - endüktif yük sargıları ve bir kompansatör - arasında yerel salınımlar yapar. Bu tür bir reaktif güç kompanzasyonu (jeneratör-yük sistemindeki endüktif akımın azaltılması), özellikle aynı nominal jeneratör görünür gücünde yüke daha fazla aktif güç aktarılmasını mümkün kılar.

Reaktif güç kompanzasyonuna neden ihtiyaç duyulur?

Endüstriyel güç şebekelerindeki ana yük, asenkron elektrik motorları ve dağıtım transformatörleridir. Çalışma sürecindeki bu endüktif yük, yük ile kaynak (jeneratör) arasında salınan bir reaktif elektrik kaynağıdır (reaktif güç), faydalı işin performansı ile ilişkili değildir, ancak elektromanyetik alanlar oluşturmaya harcanır ve yaratır. güç kaynağı hatlarında ek bir yük.
Reaktif güç, şebekenin gerilim sinüzoitleri ve akım fazları arasındaki bir gecikmeyle (endüktif elemanlarda akım, fazdaki gerilimin gerisinde kalır) karakterize edilir. Reaktif güç tüketiminin göstergesi güç faktörü (KM), sayısal olarak akım ve gerilim arasındaki açının (φ) kosinüsüne eşittir. Tüketicinin KM'si, tüketilen aktif gücün şebekeden fiilen alınan toplam güce oranı olarak tanımlanır, yani: cos(f) = P/S. Bu katsayı, motorların, jeneratörlerin ve işletme ağının bir bütün olarak reaktif güç seviyesini karakterize etmek için kullanılır. cos(φ) değeri bire ne kadar yakınsa, şebekeden alınan reaktif gücün payı o kadar küçük olur.

Örnek: cos(f)=1'de 400 V alternatif akım şebekesinde 500 KW iletmek için 722 A akım gerekir.Aynı aktif gücü cos(f)=0.6 katsayısı ile iletmek için akım değeri yükselir 1203 A'ya

akımdaki artış nedeniyle iletkenlerde ek kayıplar vardır;
dağıtım ağının kapasitesi azalır;
şebeke voltajı nominal değerden sapıyor (şebeke akımının reaktif bileşenindeki artış nedeniyle voltaj düşüşü).

Yukarıdakilerin tümü, güç kaynağı şirketlerinin tüketicilerden ağdaki reaktif güç payını azaltmalarını istemesinin ana nedenidir.
Bu sorunun çözümü reaktif güç kompanzasyonu -önemli ve gerekli kondisyon işletmenin güç kaynağı sisteminin ekonomik ve güvenilir işleyişi. Bu işlev gerçekleştirilir reaktif güç kompanzasyon cihazları (KRM kapasitör birimleri) , ana elemanları kapasitörlerdir.

Uygun reaktif güç kompanzasyonu şunları sağlar:

azaltmak Genel Giderler elektrik için;
dağıtım şebekesinin elemanları (besleme hatları, transformatörler ve şalt cihazları) üzerindeki yükü azaltmak, böylece hizmet ömürlerini uzatmak;
termal akım kayıplarını ve elektrik maliyetlerini azaltmak;
daha yüksek harmoniklerin etkisini azaltmak;
ağ girişimini bastırın, faz dengesizliğini azaltın;
dağıtım ağlarında daha fazla güvenilirlik ve verimlilik elde etmek için.

ayrıca içinde mevcut ağlar izin veriyor:

minimum yük saatlerinde şebekeye reaktif enerji üretimini ortadan kaldırmak;
elektrikli ekipman filosunun onarım ve yenileme maliyetlerini azaltmak;
ağların maliyetini artırmadan ek yüklerin bağlanmasına izin verecek olan tüketicinin güç kaynağı sisteminin kapasitesini artırmak;
ağın parametreleri ve durumu hakkında bilgi sağlar,

ve yeni oluşturulan ağlarda - trafo merkezlerinin gücünü ve maliyetlerini azaltacak kablo hatlarının kesitini azaltmak için.

Reaktif güç kompanzasyonunun gerekli olduğu yerler

Elektrik kayıplarını azaltmanın ve endüstriyel işletmelerin elektrik tesisatlarının verimliliğini artırmanın ana yönlerinden biri, işletme ağlarında doğrudan elektrik kalitesinde eşzamanlı bir artışla reaktif güç telafisidir. alt güç faktörü cos(ph) aynı aktif yük güç alıcıları, güç kaynağı sistemlerinin elemanlarındaki güç kaybı ve voltaj düşüşü o kadar büyük olur. Bu nedenle, kişi her zaman elde etmek için çaba göstermelidir. en büyük değer güç faktörü.
Bu sorunu çözmek için, denilen telafi edici cihazlar kullanılır. reaktif güç kompanzasyon tesisatları (KRM), ana elemanları kapasitörlerdir. KRM kurulumlarının kullanılması, şebekeden tüketim ve şebekeye reaktif güç üretimi için ödeme yapılmasını mümkün kılarken, güç sisteminin tarifeleri tarafından belirlenen tüketilen enerji için ödeme miktarı önemli ölçüde azalır.
KRM kurulumlarının uygulanması etkili bir şekilde keskin değişen yüke sahip takım tezgahları, kompresörler, pompalar, kaynak transformatörleri, elektrikli fırınlar, elektroliz tesisleri ve diğer enerji tüketicilerinin kullanıldığı işletmelerde, yani metalurji, madencilik, gıda endüstrileri, makine mühendisliği, ağaç işleri ve inşaat malzemeleri üretim - yani, üretimin özellikleri ve teknolojik süreçler nedeniyle, cos(f) değeri 0,5 ile 0,8 arasında değişir.

KRM reaktif güç kompanzasyon ünitelerinin uygulanması gerekli kullanan şirketler:

Asenkron motorlar (cos(f) ~ 0,7);
Asenkron motorlar, kısmi yükte (cos(f) ~ 0,5);
Doğrultucu elektroliz tesisleri (cos(f) ~ 0,6);
Elektrik ark ocakları (cos(f) ~ 0.6);
İndüksiyon fırınları (cos(f) ~ 0.2-0.6);
Su pompaları (cos(f) ~ 0,8);
Kompresörler (cos(f) ~ 0,7);
Makineler, takım tezgahları (cos(f) ~ 0,5);
Kaynak transformatörleri (cos(f) ~ 0,4);
Floresan lambalar (cos (f) ~ 0,5-0,6).

Reaktif güç kompanzasyonu ile görünür güç azalması:

* KRM kurulumlarının genelleştirilmiş işletim deneyimi temelinde elde edilen veriler

Endüktif yapıya sahip bir reaktif yükün, buna paralel olarak bir kapasitif yük bağlayarak kompanze edilebilmesi uygulama için esastır. Dikkatli bir çalışma üzerine, bu fenomen açık hale gelir: böyle bir devrenin endüktif dalının gecikmeli akımı, kapasitif dalın önde gelen akımı tarafından telafi edilir. Uygun kapasitans seçimi ile devredeki akım gecikmesi neredeyse tamamen telafi edilebilir (cos f = 1). RM'sini telafi etmek için endüktif bir yüke paralel bağlanan kapasitörlere dengeleyici veya kosinüs denir (çünkü EM'nin cos f'sini artırmaya hizmet ederler).

Tazminat Yöntemleri

PM kompanzasyonu bireysel (yerel), kapasitörler, genellikle her bir grup hattının başlangıcına bağlı trafo merkezlerinin, dağıtım noktalarının vb. Bu yöntem büyük enerji santralleri için uygundur.

Elektrik dağıtım şebekelerinde reaktif güç kompanzasyonuna neden ihtiyaç duyulur?

Aktif güç, yalnızca enerji santrallerinin jeneratörleri tarafından üretilir. Reaktif güç, elektrik santrallerinin jeneratörleri (aşırı uyarma modunda istasyonların senkron motorları) ve ayrıca dengeleme cihazları (örneğin, kapasitör bankları) tarafından üretilir.
Reaktif gücün jeneratörlerden elektrik şebekesi üzerinden tüketicilere (endüksiyon güç alıcıları) aktarılması, şebekede kayıplar şeklinde aktif güç maliyetlerine neden olur ve ayrıca elektrik şebekesinin elemanlarını yükleyerek genel verimlerini azaltır.
Örneğin, nominal güç faktöründe 1250 kVA nominal güce sahip bir jeneratör cosφ=0.8 tüketiciye 1250 × 0,8 = 1000 kW'a eşit bir aktif güç verebilir. Jeneratör ile çalışacaksa cosφ=0.6, ardından ağ 1250 × 0,6 = 750 kW'a eşit aktif güç alacaktır (aktif güç dörtte bir oranında daha az kullanılır).
Bu nedenle, kural olarak, tüketicilere ulaştırmak için istasyonların jeneratörleri tarafından reaktif güç çıkışının arttırılması tavsiye edilmez. En büyük ekonomik etki, kompanzasyon cihazları (reaktif güç üretimi), reaktif güç tüketen endüksiyon güç alıcılarının yanına yerleştirildiğinde elde edilir.

Endüktif güç alıcıları veya reaktif güç tüketicileri

Transformatör. Elektriğin elektrik enerjisi kaynağından tüketiciye iletilmesindeki ana bağlantılardan biridir ve aracılığıyla dönüştürülmek üzere tasarlanmıştır. elektromanyetik indüksiyon bir voltajın alternatif akım sistemlerini, sabit bir frekansta ve önemli güç kayıpları olmadan başka bir voltajın alternatif akım sistemine dönüştürmek.
asenkron motor Asenkron motorlar, aktif güçle birlikte güç sisteminin reaktif gücünün %65'ine kadar tüketirler.
İndüksiyon fırınları. Bunlar, çalışmaları için büyük miktarda reaktif güç gerektiren büyük güç alıcılarıdır. Güç frekanslı endüksiyon fırınları genellikle metalleri eritmek için kullanılır.
Doğrultucular kullanarak alternatif akımı doğru akıma çeviren dönüştürücü kurulumları. Bu tesisler yaygın olarak kullanılmaktadır. endüstriyel Girişimcilik ve doğru akım kullanan demiryolu taşımacılığı.
Sosyal alan.Çeşitli elektrikli sürücülerin, dengeleyici ve dönüştürücü cihazların sayısındaki artış, yarı iletken dönüştürücülerin kullanımı, tüketilen reaktif gücün artmasına neden olur ve bu da diğer güç tüketicilerinin çalışmasını etkiler, hizmet ömürlerini azaltır ve ek güç kayıpları yaratır. Dairelerde ve ofislerde giderek daha fazla kullanılan modern flüoresan (enerji tasarruflu olarak adlandırılan) lambalar da reaktif güç tüketicileridir.

Aboneler için reaktif güç kompanzasyonu olmaması nelere yol açar?

Azalan transformatörler için cosφ reaktif yükteki artış nedeniyle aktif güç çıkışı azalır.
İnişte brüt güç artışı cosφ akımda bir artışa ve dolayısıyla akımın karesiyle orantılı olan güç kayıplarına yol açar.
Akımdaki bir artış, tel ve kabloların enine kesitlerinde bir artış gerektirir ve elektrik şebekeleri için sermaye maliyetleri artar.
Azalırken artan akım cosφ güç sisteminin tüm kısımlarında voltaj kaybının artmasına neden olur ve bu da tüketiciler için voltajın düşmesine neden olur.
Sanayi işletmelerinde gerilimin düşmesi elektrik alıcılarının normal çalışmasını bozar. Elektrik motorlarının dönme sıklığı azalır, bu da iş makinelerinin veriminin düşmesine, elektrikli fırınların veriminin düşmesine, kaynak kalitesinin bozulmasına, lambaların ışık akısının azalmasına, fabrika elektrik şebekelerinin veriminin düşmesine ve sonuç olarak, ürün kalitesi bozulur.