Existuje reaktivní elektřina? Co je činný, jalový a zdánlivý výkon – jednoduché vysvětlení

Jak víte, generátor střídavého proudu vyrábí dva typy elektrické energie - aktivní a reaktivní. Aktivní energie se spotřebovává v elektrických pecích, lampách, elektrických strojích a dalších spotřebičích a mění se na jiné druhy energie - tepelnou, světelnou, mechanickou. Jalová energie není spotřebována spotřebiteli a vrací se napájecím vedením do generátoru. To má za následek zvýšení proudu protékajícího ES a v souladu s tím vyžaduje zvětšení jejich průřezové plochy.

Kompenzace jalového výkonu

V elektrických obvodech obsahujících kombinovaný odpor (zátěž), ​​zejména aktivní (žárovky, elektrické ohřívače atd.) a indukční (elektromotory, distribuční transformátory, svářecí zařízení, zářivky atd.) součásti, je celkový výkon odebraný z sítě, lze vyjádřit následujícím vektorovým diagramem:

Fázové zpoždění proudu od napětí v indukčních prvcích způsobuje časové intervaly (viz obrázek), kdy napětí a proud mají opačná znaménka: napětí je kladné a proud záporné a naopak. V těchto okamžicích se energie nespotřebovává zátěží, ale je dodávána zpět sítí směrem ke generátoru. V tomto případě je elektrická energie uložená v každém indukčním prvku distribuována po síti, nerozptyluje se v aktivních prvcích, ale provádí oscilační pohyby (od zátěže ke generátoru a zpět). Odpovídající výkon se nazývá jalový výkon.

Celkový výkon se skládá z činného výkonu, který vykonává užitečnou práci, a jalového výkonu vynaloženého na vytváření magnetických polí a vytváření dodatečného zatížení napájecích vedení. Vztah mezi celkovým a činným výkonem, vyjádřený pomocí kosinusu úhlu mezi jejich vektory, se nazývá účiník.

Aktivní energie se přeměňuje na užitečnou – mechanickou, tepelnou a další energii. Jalová energie není spojena s vykonáváním užitečné práce, ale je nutné vytvořit elektromagnetické pole, jehož přítomnost je nezbytnou podmínkou pro provoz elektromotorů a transformátorů. Odběr jalového výkonu od organizace dodávající energii je nepraktický, neboť vede ke zvýšení výkonu generátorů, transformátorů, průřezu přívodních kabelů (snížená propustnost), jakož i ke zvýšení aktivních ztrát a poklesu napětí (v důsledku ke zvýšení jalové složky proudu napájecí sítě). Proto musí být jalový výkon přijímán (generován) přímo od spotřebitele. Tato funkce se provádí zařízení pro kompenzaci jalového výkonu (RPC), jehož hlavními prvky jsou kondenzátory.

Instalace KRM jsou elektrické přijímače s kapacitním proudem, které během provozu generují vedoucí jalový výkon (proud ve fázových vodičích napětí) pro kompenzaci zpožděného jalového výkonu generovaného indukční zátěží.

Jalový výkon Q je úměrný jalovému proudu procházejícímu indukčním prvkem:
Q = U x IL,
kde IL je jalový (indukční) proud, U je síťové napětí. Celkový proud dodávající zátěž se tedy skládá z aktivních a indukčních složek:
I = IR + IL.
Pro snížení podílu jalového proudu v systému „generátor-zátěž“ jsou paralelně k zátěži připojeny kompenzátory (jednotky KRM). V tomto případě se jalový výkon již nepohybuje mezi generátorem a zátěží, ale provádí lokální oscilace mezi jalovými prvky - indukčními vinutími zátěže a kompenzátorem. Taková kompenzace jalového výkonu (snížení indukčního proudu v systému generátor-zátěž) umožňuje zejména přenést více činného výkonu do zátěže při stejném jmenovitém zdánlivém výkonu generátoru.

Proč je nutná kompenzace jalového výkonu?

Hlavní zátěží v průmyslových elektrických sítích jsou asynchronní elektromotory a distribuční transformátory. Při provozu je tato indukční zátěž zdrojem jalové elektřiny (jalový výkon), která kmitá mezi zátěží a zdrojem (generátorem), není spojena s výkonem užitečné práce, ale vynakládá se na vytváření elektromagnetických polí a vytváří přídavné zatížení elektrického vedení.
Jalový výkon je charakterizován zpožděním (u indukčních prvků fázový proud zaostává za napětím) mezi fázovými sinusoidami napětí a síťového proudu. Ukazatel spotřeby jalového výkonu je účiník (KM), číselně se rovná kosinusu úhlu (φ) mezi proudem a napětím. Příkon spotřebitele je definován jako poměr spotřebovaného činného výkonu k celkovému výkonu skutečně odebranému ze sítě, tj.: cos(f) = P/S. Tento koeficient se obvykle používá k charakterizaci úrovně jalového výkonu motorů, generátorů a podnikové sítě jako celku. Čím blíže je hodnota cos(f) jednotce, tím menší je podíl jalového výkonu odebraného ze sítě.

Příklad: s cos(ph) = 1 je pro přenos 500 KW v síti 400 V AC potřeba proud 722 A Pro přenos stejného činného výkonu s koeficientem cos(ph) = 0,6 se hodnota proudu zvýší na 1203 A. .

• ve vodičích dochází k dalším ztrátám v důsledku zvýšeného proudu;
• kapacita distribuční sítě je snížena;
• Napětí sítě se odchyluje od jmenovité hodnoty (úbytek napětí v důsledku zvýšení jalové složky proudu napájecí sítě).

To vše je hlavním důvodem, proč energetické společnosti vyžadují, aby spotřebitelé snížili podíl jalového výkonu v síti.
Řešením tohoto problému je kompenzace jalového výkonu - důležitou a nutnou podmínkou pro hospodárné a spolehlivé fungování podnikového napájecího systému. Tato funkce se provádí zařízení pro kompenzaci jalového výkonu (KRM-kondenzátorové jednotky) , jehož hlavními prvky jsou kondenzátory.

Správná kompenzace jalového výkonu umožňuje:

• snížit celkové náklady na energii;
• snížit zatížení prvků distribuční sítě (přívodní vedení, transformátory a rozvaděče), a tím prodloužit jejich životnost;
• snížit tepelné ztráty proudu a náklady na energii;
• snížit vliv vyšších harmonických;
• potlačit rušení sítě, snížit fázové nesymetrie;
• dosáhnout vyšší spolehlivosti a efektivity distribučních sítí.

Kromě toho ve stávajících sítích umožňuje:

• vyloučit generování jalové energie do sítě během období minimální zátěže;
• snížit náklady na opravy a modernizaci vozového parku elektrických zařízení;
• zvýšit kapacitu napájecího systému spotřebitele, což umožní připojení dalších zátěží bez zvýšení nákladů na sítě;
• poskytovat informace o parametrech a stavu sítě,

a v nově vytvořených sítích - snížit výkon rozvoden a průřez kabelových vedení, což sníží jejich cenu.

Kde je potřeba kompenzace jalového výkonu?

Jedním z hlavních směrů snižování ztrát elektřiny a zvyšování účinnosti elektroinstalací průmyslových podniků je kompenzace jalového výkonu při současném zkvalitňování elektřiny přímo v podnikových sítích. Čím nižší účiník cos(f) při stejném aktivním zatížení elektrických přijímačů, tím větší je ztráta výkonu a pokles napětí v prvcích napájecích systémů. Proto byste se měli vždy snažit získat nejvyšší hodnotu účiníku.
K vyřešení tohoto problému se používají kompenzační zařízení tzv instalace kompenzace jalového výkonu (RPC)., jehož hlavními prvky jsou kondenzátory. Použití instalací KRM umožňuje eliminovat platby za odběr ze sítě a výrobu jalového výkonu do sítě, přičemž se výrazně snižuje výše platby za spotřebovanou energii, určovaná tarify elektrizační soustavy.
Aplikace instalací KRM účinně v podnicích, kde se používají obráběcí stroje, kompresory, čerpadla, svařovací transformátory, elektrické pece, elektrolýzy a další spotřebiče energie s ostře proměnlivým zatížením, to znamená v hutním, hornickém, potravinářském průmyslu, strojírenství, dřevozpracujícím průmyslu a výrobě stavebních hmot - tedy všude tam, kde se vzhledem ke specifikům výrobních a technologických postupů hodnota cos(f) pohybuje od 0,5 do 0,8.

Aplikace kompenzačních jednotek jalového výkonu KRM nutné v podnicích využívajících:

• Asynchronní motory (cos(f) ~ 0,7);
• Asynchronní motory, při částečném zatížení (cos(f) ~ 0,5);
• Usměrňovací jednotky elektrolýzy (cos(f) ~ 0,6);
• Elektrické obloukové pece (cos(f) ~ 0,6);
• Indukční pece (cos(f) ~ 0,2-0,6);
• Vodní čerpadla (cos(f) ~ 0,8);
• Kompresory (cos(f) ~ 0,7);
• Stroje, obráběcí stroje (cos(f) ~ 0,5);
• Svařovací transformátory (cos(f) ~ 0,4);
• Zářivky (cos(f) ~ 0,5-0,6).

Snížení velikosti zdánlivého výkonu při kompenzaci jalového výkonu:

*údaje získané na základě obecných zkušeností s provozováním instalací KRM

Pro praxi je podstatné, že jalovou zátěž indukčního charakteru lze kompenzovat paralelním připojením kapacitní zátěže. Při pečlivém studiu je tento jev zřejmý: zpožděný proud indukční větve takového obvodu je kompenzován vedoucím proudem kapacitní větve. Při správné volbě kapacity může být proudové zpoždění v obvodu téměř zcela kompenzováno (cos f = 1). Kondenzátory zapojené paralelně s indukční zátěží pro kompenzaci její RM se nazývají kompenzační neboli kosinusové (protože slouží ke zvýšení cos f EU).

Kompenzační metody

Kompenzace PM může být individuální (lokální), kdy jsou kondenzátory instalovány v těsné blízkosti každého spotřebiče, a skupinová kompenzace pomocí speciálních kondenzátorových jednotek, umístěných obvykle v blízkosti trafostanic, distribučních bodů apod., připojených na začátek každého skupinového vedení. Tato metoda je vhodná pro velké elektrárny.

Proč je v elektrických distribučních sítích nutná kompenzace jalového výkonu?

Činný výkon je generován pouze generátory elektráren. Jalový výkon je generován generátory elektráren (synchronní motory stanic v režimu přebuzení), jakož i kompenzačními zařízeními (například kondenzátorové banky).
Přenos jalového výkonu z generátorů přes elektrickou síť ke spotřebičům (přijímačům indukční energie) způsobuje aktivní spotřebu energie v síti ve formě ztrát a navíc zatěžuje prvky elektrické sítě, čímž snižuje jejich celkovou kapacitu.
Tedy například generátor o jmenovitém výkonu 1250 kVA při jmenovitém účiníku cosφ=0,8 může spotřebiteli poskytnout činný výkon rovný 1250×0,8=1000 kW. Pokud bude generátor pracovat s сosφ=0,6, pak bude do sítě dodáván činný výkon rovný 1250×0,6=750 kW (činný výkon je nevyužit o čtvrtinu).
Zvyšování výkonu jalového výkonu staničními generátory za účelem jeho dodání spotřebitelům je proto zpravidla nepraktické. Největšího ekonomického efektu se dosáhne umístěním kompenzačních zařízení (výroba jalového výkonu) v blízkosti přijímačů indukční energie spotřebovávajících jalový výkon.

Přijímače indukční energie nebo spotřebiče jalového výkonu

• Transformátor. Je jedním z hlavních článků přenosu elektřiny ze zdroje elektrické energie ke spotřebiteli a je navržen tak, aby pomocí elektromagnetické indukce přeměnil střídavý proud o jednom napětí na střídavý proud o jiném napětí s konstantní frekvencí. a bez výrazných ztrát výkonu.
• Asynchronní motor. Asynchronní motory spolu s činným výkonem spotřebují až 65 % jalového výkonu energetické soustavy.
• Indukční pece. Jedná se o velké elektrické přijímače, které ke svému provozu vyžadují velké množství jalového výkonu. Pro tavení kovů se často používají vysokofrekvenční indukční pece.
• Měničové jednotky, které převádějí střídavý proud na stejnosměrný proud pomocí usměrňovačů. Tato zařízení jsou široce používána v průmyslových podnicích a železniční dopravě využívající stejnosměrný proud.
• Sociální a domácí sféra. Zvýšení počtu různých elektrických pohonů, stabilizačních a konvertorových zařízení a použití polovodičových měničů vede ke zvýšení spotřebovaného jalového výkonu, což zase ovlivňuje provoz jiných elektrických přijímačů, zkracuje jejich životnost, a vytváří další ztráty elektřiny. Spotřebitelem jalového výkonu jsou také moderní zářivky (tzv. energeticky úsporné), které se stále častěji používají v bytech a kancelářích.

K čemu vede neexistence kompenzace jalového výkonu pro předplatitele?

• Pro transformátory při snižování cosφ kapacita činného výkonu klesá v důsledku zvýšení jalového zatížení.
• Zvýšení celkového výkonu při snižování cosφ vede ke zvýšení proudu a následně i výkonových ztrát, které jsou úměrné druhé mocnině proudu.
• Zvýšení proudu vyžaduje zvětšení průřezů vodičů a kabelů a zvyšují se kapitálové náklady na elektrické sítě.
• Zvýšení proudu při poklesu cosφ vede ke zvýšení ztráty napětí ve všech částech energetického systému, což způsobuje pokles napětí mezi spotřebiteli.
• V průmyslových podnicích narušuje pokles napětí normální provoz elektrických přijímačů. Snižuje se rychlost otáčení elektromotorů, což vede ke snížení produktivity pracovních strojů, snižuje se produktivita elektrických pecí, zhoršuje se kvalita svařování, snižuje se světelný tok lamp, klesá propustnost továrních elektrických sítí a jako v důsledku toho se kvalita výrobků zhoršuje.

Fyzikální aspekt procesu a praktický význam použití kompenzačních jednotek jalového výkonu

Abychom pochopili, co znamená pojem „jalový výkon“,

Připomeňme si definici pojmu elektrický výkon. Je to fyzikální veličina, která vyjadřuje rychlost přenosu, spotřeby nebo výroby elektřiny v určitém čase.

Čím vyšší je úroveň výkonu, tím vyšší může být produktivita elektroinstalace za určitou časovou jednotku. Pojem „okamžitý výkon“ je chápán jako součin proudu a napětí v jednom okamžiku v libovolné části elektrického obvodu.

Podívejme se na fyzický aspekt procesu.

Pokud vezmeme obvody, ve kterých se vyskytuje stejnosměrný proud, pak jsou hodnoty průměrného a okamžitého výkonu za určité časové období stejné, ale neexistuje žádný jalový výkon. A v obvodech, kde dochází k jevu střídavého proudu, nastává výše uvedená situace pouze v případě, že je tam zátěž čistě aktivní. To se děje například u elektrického spotřebiče, jako je elektrický ohřívač. U čistě odporové zátěže v obvodu za podmínek střídavého proudu se fáze proudu a napětí shodují a veškerý výkon se přenáší na zátěž.

V případě indukční zátěže, jako například u elektromotorů, pak proud zaostává ve fázi s napětím, a pokud je kapacitní, což je případ různých elektrických zařízení, pak je proud naopak ve fázi před napětím. Vzhledem k tomu, že napětí a proud nejsou ve fázi (s jalovou zátěží), je plný výkon přenesen na zátěž pouze částečně, pokud by fázový posun byl nulový, tj. odporová zátěž.

Jaký je rozdíl mezi jalovým a činným výkonem

Nazývá se ta část celkového výkonu, která je přenesena do zátěže za podmínek periody střídavého proudu činný výkon. Jeho hodnota se vypočítá jako výsledek součinu hodnot napětí a proudu kosinusem fázového úhlu, který mezi nimi leží

A ten výkon, který nebyl přenesen do zátěže a kvůli kterému došlo ke ztrátám sáláním a ohřevem, se nazývá jalový výkon. Jeho hodnota je součinem hodnot napětí a proudu a sinusu úhlu fázového posunu, který mezi nimi leží.

Proto, jalový výkon je termín, který charakterizuje zátěž. Jeho měrná jednotka se nazývá reaktivní voltampéry, zkráceně var nebo var. V životě je ale běžnější jiná naměřená hodnota - kosinus phi, jako hodnota, která měří kvalitu elektroinstalace z hlediska úspory energie. Ve skutečnosti množství energie, které při dodání ze zdroje jde do zátěže, závisí na hodnotě cos φ. V důsledku toho je docela možné použít nepříliš výkonný zdroj, pak se tedy ztratí méně energie.

Jak lze kompenzovat jalový výkon?

Jak vyplývá z výše uvedeného, ​​v případě, kdy je zátěž induktivní, pak je nutné ji kompenzovat pomocí kondenzátorů, kondenzátorů a kapacitní zátěž je třeba kompenzovat pomocí tlumivek a tlumivek. Tímto způsobem můžete zvýšit kosinus phi na dostatečné hodnoty 0,7-0,9. Funguje to takto kompenzace jalového výkonu.

Jaké jsou výhody kompenzace jalového výkonu?

Zařízení pro kompenzaci jalového výkonu mohou přinést obrovské ekonomické výhody. Podle statistik mohou v různých částech Ruské federace ušetřit až 50 % na účtech za elektřinu. Tam, kde jsou instalovány, se peníze vynaložené na ně vrátí za méně než rok.

Ve fázi návrhu zařízení pomáhá zavedení kondenzátorových jednotek snížit náklady na nákup kabelů snížením jejich průřezu. Například automatická instalace kondenzátoru může mít účinek zvýšení kosinusového phi z 0,6 na 0,97.

Nakreslíme čáru:

Jak jsme pochopili, instalace kompenzace jalového výkonu pomáhají výrazně ušetřit peníze a také zvýšit životnost zařízení z následujících důvodů:

1) snižuje se zatížení výkonových transformátorů, což zvyšuje jejich životnost.

2) Sníží se zátěž kabelů a vodičů a ušetříte i nákupem kabelů menšího průřezu.

3) Zlepšení úrovně kvality elektrické energie z elektrických přijímačů.

4) Za snížení cos φ nehrozí placení sankcí.

5) velikost vyšších harmonických v síti klesá.

6) sníží se množství spotřeby elektrické energie.

Připomeňme ještě jednou, že jalová energie a výkon snižují výsledky provozu elektrizační soustavy, protože zatížení generátorů elektráren jalovými proudy vede ke zvýšení objemu spotřebovaného paliva a velikosti ztrát v zvyšuje se také napájecí sítě a přijímače a konečně úroveň poklesu napětí v sítích.

Výkonové charakteristiky instalace nebo sítě jsou základní pro většinu známých elektrických spotřebičů. Činný výkon (prošlý, spotřebovaný) charakterizuje část celkového výkonu, která je přenesena za určitou dobu frekvence střídavého proudu.

Definice

Pouze střídavý proud může mít činný a jalový výkon, protože síťové charakteristiky (proud a napětí) stejnosměrného proudu jsou vždy stejné. Jednotkou měření činného výkonu je Watt, zatímco jalový výkon se měří jalovým voltampérem a kiloVAR (kVAR). Za zmínku stojí, že plnou i aktivní charakteristiku lze měřit v kW a kVA, záleží na parametrech konkrétního zařízení a sítě. V průmyslových obvodech se nejčastěji měří v kilowattech.

Elektrotechnika využívá aktivní složku k měření přenosu energie jednotlivých elektrických zařízení. Podívejme se, kolik energie některé z nich spotřebují:

Na základě všeho výše uvedeného je činný výkon pozitivní charakteristikou konkrétního elektrického obvodu, což je jeden z hlavních parametrů pro výběr elektrických spotřebičů a řízení spotřeby elektřiny.

Označení reaktivní složky:

Jedná se o jmenovitou hodnotu, která charakterizuje zatížení v elektrických zařízeních pomocí EMF kolísání a ztrát během provozu zařízení. Jinými slovy, přenášená energie jde do konkrétního jalového měniče (jedná se o kondenzátor, diodový můstek atd.) a projeví se pouze v případě, že systém tuto součástku obsahuje.

Výpočet

Chcete-li zjistit indikátor činného výkonu, musíte znát celkový výkon, který se používá pro jeho výpočet:

S = U\I, kde U je síťové napětí a I je síťový proud.

Stejný výpočet se provádí při výpočtu úrovně přenosu energie cívky se symetrickým připojením. Diagram vypadá takto:

Výpočet činného výkonu bere v úvahu fázový úhel nebo koeficient (cos φ), pak:

S = U * I * cos φ.

Velmi důležitým faktorem je, že tato elektrická veličina může být kladná nebo záporná. Záleží na tom, jaké vlastnosti má cos φ. Pokud je úhel fázového posunu sinusového proudu v rozsahu od 0 do 90 stupňů, pak je činný výkon kladný, pokud od 0 do -90, pak je záporný. Pravidlo platí pouze pro synchronní (sinusový) proud (slouží k provozu asynchronního motoru, strojního zařízení).

Jedním z charakteristických rysů této charakteristiky je také to, že v třífázovém obvodu (například transformátor nebo generátor) je aktivní indikátor zcela generován na výstupu.

Maximální a činný výkon je označen P, jalový výkon Q.

Vzhledem k tomu, že reaktivní je určena pohybem a energií magnetického pole, má jeho vzorec (s přihlédnutím k úhlu fázového posunu) následující tvar:

Q L = U L I = I 2 x L

Pro nesinusový proud je velmi obtížné zvolit standardní parametry sítě. Pro stanovení požadovaných charakteristik pro účely výpočtu činného a jalového výkonu se používají různé měřicí přístroje. Jedná se o voltmetr, ampérmetr a další. Na základě úrovně zatížení se vybere požadovaný vzorec.

Vzhledem k tomu, že reaktivní a aktivní charakteristiky jsou vztaženy k celkovému výkonu, je jejich vztah (rovnováha) následující:

S = √P 2 + Q 2 a to vše se rovná U*I.

Pokud ale proud prochází přímo reaktancí. V síti nejsou žádné ztráty. To je určeno indukční indukční složkou - C a odporem - L. Tyto indikátory se vypočítají pomocí vzorců:

Odpor indukčnosti: x L = ωL = 2πfL,

Kapacitní odpor: xc = 1/(ωC) = 1/(2πfC).

Pro stanovení poměru činného a jalového výkonu se používá speciální koeficient. Jedná se o velmi důležitý parametr, pomocí kterého můžete určit, jaká část energie je využita pro jiné účely nebo se „ztratí“ během provozu zařízení.

Pokud je v síti aktivní jalová složka, je nutné vypočítat účiník. Tato veličina nemá žádné měrné jednotky, charakterizuje konkrétní proudový spotřebič, pokud elektrický systém obsahuje reaktivní prvky. Pomocí tohoto indikátoru je jasné, kterým směrem a jak se energie posouvá vzhledem k síťovému napětí. K tomu budete potřebovat schéma trojúhelníku napětí:

Pokud je například kondenzátor, vzorec koeficientu je následující:

cos φ = r/z = P/S

Pro získání co nejpřesnějších výsledků se doporučuje získané údaje nezaokrouhlovat.

Kompenzace

Vzhledem k tomu, že když proudy rezonují, je jalový výkon 0:

Q = QL – QC = ULI – UCI

Aby se zlepšila kvalita provozu konkrétního zařízení, používají se speciální zařízení, která minimalizují dopad ztrát na síť. Konkrétně se jedná o UPS. Toto zařízení nevyžaduje elektrické spotřebiče s vestavěnou baterií (například notebooky nebo přenosná zařízení), ale pro většinu ostatních je nezbytný nepřerušitelný zdroj napájení.

Při instalaci takového zdroje můžete nejen určit negativní důsledky ztrát, ale také snížit náklady na platbu elektřiny. Odborníci prokázali, že UPS v průměru pomůže ušetřit od 20 % do 50 %. Proč se to děje?:

Dráty se méně zahřívají, to má nejen pozitivní vliv na jejich provoz, ale také zvyšuje bezpečnost;

Signalizační a rádiová zařízení mají snížené rušení;

Harmonické v elektrické síti se řádově sníží.

V některých případech specialisté nepoužívají plnohodnotné UPS, ale speciální kompenzační kondenzátory. Jsou vhodné pro domácí použití, dostupné a prodávané v každém elektroprodejně. Pro výpočet plánovaných a přijatých úspor můžete použít všechny výše uvedené vzorce.

Obecná závislost elektrického výkonu na elektrickém proudu a napětí je známa již dlouhou dobu: toto je produkt. Vynásobme proud napětím – hodnotu této hodnoty spotřebované obvodem získáme ze sítě.

Ale ve skutečnosti nemusí být všechno tak jednoduché. Protože pouhým vynásobením napětí proudem dostaneme celkovou hodnotu výkonu. Zdá se, že to je to, co potřebujete! Nás totiž většinou zajímá plná hodnota jakékoli veličiny.

Tento vztah však nelze rozšířit na elektrický výkon, protože elektřina a výkon, na základě kterých se mění odečty našeho bytového elektroměru, nejsou celkové, ale aktivní.

Aktivní výkon- jedná se o výkon, který je spotřebován v okamžiku, kdy je v síti současně s ním synchronní napětí i elektrický proud. Ve skutečnosti ve stejnosměrných obvodech, s výjimkou přechodných procesů během zapínání a vypínání, k tomu dochází.

Napětí neustále „tlačí“, pokud je obvod uzavřen, určitý proud neustále „tlačí“. V důsledku toho se zdánlivý a činný výkon vyrovnají, protože proud a napětí působí ve shodě.

Střídavé obvody jsou jiná věc. Napětí v nich mění svůj směr padesátkrát za vteřinu a proud... někdy zaostává a někdy vede k napětí. Pokud je například v obvodu „indukčnost“, to znamená cívka drátu s mnoha závity, pak proud na takovém prvku obvodu „zaostává“ za napětím.

Důvodem je zadní EMF samoindukce odolávající změně proudu v cívce. Ukazuje se, že napětí již bylo přivedeno na indukčnost a proud se ještě nemůže zvýšit kvůli rušení ze zadního EMF.

Mezi studenty mnoha elektrotechnických univerzit existuje toto umělecké srovnání: „Trvá to chvíli, než proud projde každou otáčkou, ale napětí je tam, už na koncích cívky.“

Protiindukční emf způsobuje pokles napětí a pokles proudu v obvodu. To znamená, že cívka je zdrojem indukční reaktance. Od aktivního odporu se však liší tím, že nevytváří žádné teplo a nespotřebovává vůbec žádnou energii v obvyklém smyslu.

Dochází pouze k „prázdnému“ přenosu elektřiny ze zdroje na indukčnost. A energie, přesměrovaná tam a zpět jako míček ve stolním tenise, nikam ze sítě neodchází. Jedná se o jalovou energii a spotřebitel za ni doma nemusí platit společnosti zabývající se prodejem energie.

Reaktivní energie, vyrobený v síti za jednotku času, lze považovat za jalový výkon. Počítá se stejně jako aktivní - vynásobením jalové složky proudu a napětí.

Jalová složka proudu je ta, která se neshoduje s napětím ve fázi. Míra „nesouladu“ je charakterizována úhlem fázového posunu. V případě čisté indukčnosti je fázový posun maximálně 90°. To znamená, že když napětí dosáhne nejvyšší hodnoty, proud právě začíná stoupat.

A pokud je v obvodu kondenzátor (kapacita), pak se napětí naopak zpozdí za proudem o 90 stupňů, protože aby došlo k poklesu napětí, kondenzátor potřebuje nabít své desky .

Stejně tak si zdroj a kondenzátor ve stejném obvodu vymění jalovou energii, která nepřijde na nic.

V reálném obvodu neexistuje čistě aktivní nebo čistě reaktivní zátěž, takže celkový výkon se vždy skládá z aktivní a reaktivní složky a úhel fázového posunu je mezi nulou a 90°.

Reaktivní složka proudu se rovná jeho součinu krát sinus úhlu fázového posunu a aktivní složka se rovná součinu krát kosinus tohoto úhlu:

Q=I*sin⁡φ; P=I*cosφ

Celkový výkon lze zjistit pomocí Pythagorovy věty:

S=√(P^2+Q^2);

Jalový výkon přitom na rozdíl od činného výkonu nelze počítat ve wattech, protože je neefektivní. Proto byla pro jalový výkon vynalezena speciální jednotka měření – reaktivní voltampéry (VAR). A celková částka se měří ve voltampérech, aniž by byla specifikována povaha zátěže.

CO JE TO CELKOVÁ, AKTIVNÍ A JALOVÁ VÝKON? OD KOMPLEXNÍHO K JEDNODUCHÉMU.

Téměř každý se v každodenním životě setkává s pojmem „elektrická energie“, „spotřeba energie“ nebo „kolik elektřiny tato věc spotřebuje“. V této sbírce vysvětlíme pojem elektrický výkon střídavého proudu pro technicky zdatné specialisty a na obrázku ukážeme elektrický výkon v podobě „kolik elektřiny tato věc spotřebuje“ pro lidi s humanitním smýšlením :-). Odhalujeme nejpraktičtější a nejpoužitelnější koncept elektrického výkonu a záměrně se vyhýbáme popisu diferenciálních vyjádření elektrického výkonu.

CO JE TO AC NAPÁJENÍ?

Ve střídavých obvodech lze vzorec pro stejnosměrný výkon použít pouze k výpočtu okamžitého výkonu, který se v čase velmi mění a pro praktické výpočty je nepoužitelný. Přímý výpočet průměrného výkonu vyžaduje integraci v čase. Pro výpočet výkonu v obvodech, kde se napětí a proud periodicky mění, lze průměrný výkon vypočítat integrací okamžitého výkonu za dané období. V praxi má největší význam výpočet výkonu v obvodech střídavého sinusového napětí a proudu.

Aby bylo možné propojit pojmy celkový, činný, jalový výkon a účiník, je vhodné obrátit se na teorii komplexních čísel. Můžeme předpokládat, že výkon v obvodu střídavého proudu je vyjádřen komplexním číslem tak, že činný výkon je jeho reálná část, jalový výkon je imaginární část, zdánlivý výkon je modul a úhel φ (fázový posun) je argument. Pro takový model platí všechny níže uvedené vztahy.

Aktivní výkon (skutečný výkon)

Jednotkou měření je watt (ruské označení: W, kilowatt - kW; mezinárodní: watt -W, ​​​​kilowatt - kW).

Průměrná hodnota okamžitého výkonu za periodu T se nazývá činný výkon a

vyjádřeno vzorcem:

V jednofázových sinusových proudových obvodech, kde υ a Ι jsou efektivní hodnoty napětí a proudu a φ je úhel fázového posunu mezi nimi.

U nesinusových proudových obvodů je elektrický výkon roven součtu odpovídajících průměrných výkonů jednotlivých harmonických. Činný výkon charakterizuje rychlost nevratné přeměny elektrické energie na jiné druhy energie (tepelné a elektromagnetické). Činný výkon lze také vyjádřit proudem, napětím a činnou složkou odporu obvodu r nebo jeho vodivostí g podle vzorce. V libovolném elektrickém obvodu sinusového i nesinusového proudu je činný výkon celého obvodu roven součtu činných výkonů jednotlivých částí obvodu u třífázových obvodů je elektrický výkon definován jako součet mocnin jednotlivých fází. S celkovým výkonem S je činný vztažen vztahem.

V teorii dlouhých vedení (analýza elektromagnetických procesů v přenosovém vedení, jehož délka je srovnatelná s délkou elektromagnetické vlny) je úplným analogem činného výkonu přenášený výkon, který je definován jako rozdíl mezi dopadajícím výkonem. a odražený výkon.

Jalový výkon

Jednotkou měření je jalový voltampér (ruské označení: var, kVAR; mezinárodní: var).

Jalový výkon je veličina charakterizující zátěže vznikající v elektrických zařízeních kolísáním energie elektromagnetického pole v sinusovém obvodu střídavého proudu, která se rovná součinu středních kvadratických hodnot napětí U a proudu I, vynásobených sinus fázového úhlu φ mezi nimi:

(pokud proud zaostává za napětím, je fázový posun považován za kladný, pokud vede, je považován za negativní). Jalový výkon je vztažen k celkovému výkonu S a činnému výkonu P poměrem: .

Fyzikální význam jalového výkonu je energie čerpaná ze zdroje do jalových prvků přijímače (tlumivky, kondenzátory, vinutí motoru) a poté vrácena těmito prvky zpět do zdroje během jedné periody oscilace, vztažené k této periodě.

Je třeba poznamenat, že hodnota sin φ pro hodnoty φ od 0 do plus 90° je kladná hodnota. Hodnota sin φ pro hodnoty φ od 0 do mínus 90° je záporná hodnota. Podle vzorce

jalový výkon může být buď kladná hodnota (pokud je zátěž svou povahou aktivní-indukční) nebo záporná (pokud je zátěž svou povahou aktivní-kapacitní). Tato okolnost zdůrazňuje skutečnost, že jalový výkon se nepodílí na provozu elektrického proudu. Když má zařízení kladný jalový výkon, je zvykem říkat, že jej spotřebovává, a když produkuje záporný výkon, vyrábí jej, ale to je čistě konvence vzhledem k tomu, že většina zařízení spotřebovávajících energii (například asynchronní motory), stejně jako čistě aktivní zátěže, jsou připojeny přes transformátor, jsou aktivní-indukční.

Použití moderních elektrických měřicích převodníků na bázi mikroprocesorové technologie umožňuje přesnější posouzení množství energie vrácené z indukční a kapacitní zátěže do zdroje střídavého napětí.

Výkon může být buď kladná hodnota (pokud je zátěž svou povahou aktivní-indukční) nebo záporná (pokud je zátěž svou povahou aktivní-kapacitní). Tato okolnost zdůrazňuje skutečnost, že jalový výkon se nepodílí na provozu elektrického proudu. Když má zařízení kladný jalový výkon, je zvykem říkat, že jej spotřebovává, a když produkuje záporný výkon, vyrábí, ale to je čistě konvence vzhledem k tomu, že většina zařízení spotřebovávajících energii (například asynchronní motory ), stejně jako čistě aktivní zátěže, jsou připojeny přes transformátor, jsou aktivní-indukční.

Synchronní generátory instalované v elektrárnách mohou vyrábět i spotřebovávat jalový výkon v závislosti na velikosti budícího proudu protékajícího vinutím rotoru generátoru. Díky této vlastnosti synchronních elektrických strojů je regulována stanovená úroveň síťového napětí. Pro eliminaci přetížení a zvýšení účiníku elektrických instalací se provádí kompenzace jalového výkonu.

Použití moderních elektrických měřicích převodníků na mikroprocesorové technologii umožňuje přesnější posouzení množství energie vrácené z indukční a kapacitní zátěže do zdroje střídavého napětí.

Zdánlivá síla

Jednotkou celkového elektrického výkonu je voltampér (ruské označení: VA, VA, kVA-kilo-volt-ampér; mezinárodní: V A, kVA).

Celkový výkon je hodnota rovna součinu efektivních hodnot periodického elektrického proudu I v obvodu a napětí U na jeho svorkách: ; Poměr celkového výkonu k činnému a jalovému výkonu je vyjádřen takto: kde P je činný výkon, Q je jalový výkon (s indukční zátěží Q›0 a s kapacitní zátěží Q‹0).

Vektorový vztah mezi celkovým, činným a jalovým výkonem je vyjádřen vzorcem:

Celkový výkon má praktický význam jako hodnota, která popisuje zátěže, které spotřebitel skutečně klade na prvky napájecí sítě (vodiče, kabely, rozvodné desky, transformátory, elektrické vedení), protože tato zátěž závisí na spotřebovaném proudu, nikoli na energii skutečně spotřebovanou spotřebitelem. To je důvod, proč se celkový výkon transformátorů a rozvodných desek měří ve voltampérech a ne ve wattech.

Všechny výše uvedené formulační a textové popisy celkových, jalových a činných výkonů jsou vizuálně a intuitivně přehledné na následujícím obrázku:-)

Specialisté společnosti NTS-group (TM Elektrokaprizam-NET) mají bohaté zkušenosti s výběrem specializovaných zařízení pro systémy budov pro zajištění nepřetržitého napájení životně důležitých zařízení. Jsme schopni co nejefektivněji zohlednit mnoho elektrických a provozních parametrů, které nám umožňují zvolit ekonomicky schůdnou variantu vybudování systému nepřerušitelného napájení s využitím palivových elektráren a dalších souvisejících zařízení.

© Materiál zpracovali specialisté společnosti NTS-group (TM Electrokaprizam-NET) s využitím informací z otevřených zdrojů vč. ze svobodné encyklopedie Wikipedia https://ru.wikipedia.org