¿Existe la electricidad reactiva? ¿Qué es la potencia activa, reactiva y aparente? Una explicación sencilla

Como sabes, un generador de corriente alterna produce dos tipos de energía eléctrica: activa y reactiva. La energía activa se consume en hornos eléctricos, lámparas, máquinas eléctricas y otros consumidores, convirtiéndose en otros tipos de energía: térmica, luminosa y mecánica. Los consumidores no consumen energía reactiva y se devuelve a través de la línea de suministro al generador. Esto implica un aumento en la corriente que fluye a través de los ES y, en consecuencia, requiere un aumento en su área de sección transversal.

Compensación de potencia reactiva

En los circuitos eléctricos que contienen componentes de resistencia (carga) combinada, en particular activos (lámparas incandescentes, calentadores eléctricos, etc.) e inductivos (motores eléctricos, transformadores de distribución, equipos de soldadura, lámparas fluorescentes, etc.), la potencia total extraída del red, se puede expresar mediante el siguiente diagrama vectorial:

El desfase de la corriente respecto del voltaje en los elementos inductivos provoca intervalos de tiempo (ver figura) en los que el voltaje y la corriente tienen signos opuestos: el voltaje es positivo y la corriente es negativa y viceversa. En estos momentos, la carga no consume energía, sino que se devuelve a través de la red hacia el generador. En este caso, la energía eléctrica almacenada en cada elemento inductivo se distribuye por toda la red, no disipándose en los elementos activos, sino realizando movimientos oscilatorios (de la carga al generador y viceversa). La potencia correspondiente se llama potencia reactiva.

La potencia total consiste en potencia activa, que realiza un trabajo útil, y potencia reactiva, gastada en crear campos magnéticos y crear carga adicional en las líneas de suministro de energía. La relación entre la potencia total y activa, expresada a través del coseno del ángulo entre sus vectores, se llama factor de potencia.

La energía activa se convierte en energía útil: mecánica, térmica y de otro tipo. La energía reactiva no está asociada con la realización de un trabajo útil, pero es necesaria para crear un campo electromagnético, cuya presencia es una condición necesaria para el funcionamiento de motores y transformadores eléctricos. El consumo de potencia reactiva de la organización proveedora de energía no es práctico, ya que conduce a un aumento en la potencia de los generadores, transformadores, la sección transversal de los cables de suministro (rendimiento reducido), así como un aumento en las pérdidas activas y la caída de voltaje (debido a un aumento de la componente reactiva de la corriente de la red de suministro). Por lo tanto, la potencia reactiva debe recibirse (generarse) directamente del consumidor. Esta función se realiza Instalaciones de compensación de potencia reactiva (RPC), cuyos elementos principales son los condensadores.

Las instalaciones KRM son receptores eléctricos con corriente capacitiva, que durante el funcionamiento generan potencia reactiva adelantada (corriente en tensión de fase) para compensar la potencia reactiva retrasada generada por una carga inductiva.

La potencia reactiva Q es proporcional a la corriente reactiva que fluye a través del elemento inductivo:
Q = U x IL,
donde IL es la corriente reactiva (inductiva), U es el voltaje de la red. Por tanto, la corriente total que suministra la carga consta de componentes activos e inductivos:
Yo = IR + IL.
Para reducir la proporción de corriente reactiva en el sistema "generador-carga", los compensadores (unidades KRM) se conectan en paralelo a la carga. En este caso, la potencia reactiva ya no se mueve entre el generador y la carga, sino que produce oscilaciones locales entre los elementos reactivos: los devanados inductivos de la carga y el compensador. Esta compensación de potencia reactiva (reducción de la corriente inductiva en el sistema generador-carga) permite, en particular, transferir más potencia activa a la carga con la misma potencia aparente nominal del generador.

¿Por qué es necesaria la compensación de potencia reactiva?

Las principales cargas en las redes eléctricas industriales son los motores eléctricos asíncronos y los transformadores de distribución. Durante el funcionamiento, esta carga inductiva es una fuente de electricidad reactiva (potencia reactiva), que oscila entre la carga y la fuente (generador), no está asociada con la realización de un trabajo útil, sino que se gasta en la creación de campos electromagnéticos y crea un adicional. carga en las líneas eléctricas.
La potencia reactiva se caracteriza por un retraso (en los elementos inductivos, la corriente de fase va por detrás del voltaje) entre las sinusoides de fase del voltaje y la corriente de la red. El indicador del consumo de energía reactiva es factor de potencia (KM), numéricamente igual al coseno del ángulo (φ) entre corriente y voltaje. El consumo de energía del consumidor se define como la relación entre la potencia activa consumida y la potencia total realmente extraída de la red, es decir: cos(f) = P/S. Este coeficiente se suele utilizar para caracterizar el nivel de potencia reactiva de motores, generadores y la red empresarial en su conjunto. Cuanto más se acerque el valor de cos(f) a la unidad, menor será la proporción de potencia reactiva extraída de la red.

Ejemplo: con cos(ph) = 1, para transmitir 500 KW en una red AC de 400 V, se requiere una corriente de 722 A. Para transmitir la misma potencia activa con un coeficiente cos(ph) = 0,6, el valor de la corriente aumenta a 1203. A.

• se producen pérdidas adicionales en los conductores debido al aumento de corriente;
• se reduce la capacidad de la red de distribución;
• La tensión de la red se desvía del valor nominal (caída de tensión debido a un aumento del componente reactivo de la corriente de la red de suministro).

Todo lo anterior es la razón principal por la que las empresas de suministro de energía exigen a los consumidores que reduzcan la proporción de potencia reactiva en la red.
La solución a este problema es compensación de potencia reactiva - una condición importante y necesaria para el funcionamiento económico y confiable del sistema de suministro de energía de la empresa. Esta función se realiza dispositivos de compensación de potencia reactiva (unidades de condensadores KRM) , cuyos elementos principales son los condensadores.

La compensación correcta de la potencia reactiva le permite:

• reducir los costos generales de energía;
• reducir la carga sobre los elementos de la red de distribución (líneas de suministro, transformadores y aparamentas), extendiendo así su vida útil;
• reducir las pérdidas de corriente térmica y los costos de energía;
• reducir la influencia de armónicos superiores;
• suprimir la interferencia de la red, reducir el desequilibrio de fase;
• lograr una mayor confiabilidad y eficiencia de las redes de distribución.

Además, en redes existentes permite:

• excluir la generación de energía reactiva a la red durante los períodos de carga mínima;
• reducir el costo de reparación y actualización del parque de equipos eléctricos;
• aumentar la capacidad del sistema de suministro de energía del consumidor, lo que permitirá conectar cargas adicionales sin aumentar el costo de las redes;
• proporcionar información sobre los parámetros y el estado de la red,

y en redes de nueva creación, para reducir la potencia de las subestaciones y la sección transversal de las líneas de cable, lo que reducirá su costo.

¿Dónde se necesita compensación de potencia reactiva?

Una de las principales direcciones para reducir las pérdidas de electricidad y aumentar la eficiencia de las instalaciones eléctricas de las empresas industriales es la compensación de la potencia reactiva y al mismo tiempo mejorar la calidad de la electricidad directamente en las redes empresariales. el inferior factor de potencia cos(f) A la misma carga activa de los receptores eléctricos, mayor será la pérdida de potencia y la caída de tensión en los elementos de los sistemas de suministro de energía. Por lo tanto, siempre debe esforzarse por obtener el valor más alto del factor de potencia.
Para solucionar este problema, se utilizan dispositivos compensadores llamados Instalaciones de compensación de potencia reactiva (RPC), cuyos elementos principales son los condensadores. El uso de instalaciones KRM permite eliminar los pagos por el consumo de la red y la generación de potencia reactiva a la red, mientras que se reduce significativamente el monto del pago por la energía consumida, determinado por las tarifas del sistema eléctrico.
Aplicación de instalaciones KRM eficazmente en empresas donde se utilizan máquinas herramienta, compresores, bombas, transformadores de soldadura, hornos eléctricos, plantas de electrólisis y otros consumidores de energía con cargas muy variables, es decir, en las industrias metalúrgica, minera, alimentaria, ingeniería mecánica, carpintería y producción de materiales de construcción. es decir, cuando debido a las características específicas de los procesos de producción y tecnológicos, el valor cos(f) oscila entre 0,5 y 0,8.

Aplicación de unidades de compensación de potencia reactiva KRM necesario en empresas que utilizan:

• Motores asíncronos (cos(f) ~ 0,7);
• Motores asíncronos, a carga parcial (cos(f) ~ 0,5);
• Unidades de electrólisis rectificadora (cos(f) ~ 0,6);
• Hornos de arco eléctrico (cos(f) ~ 0,6);
• Hornos de inducción (cos(f) ~ 0,2-0,6);
• Bombas de agua (cos(f) ~ 0,8);
• Compresores (cos(f) ~ 0,7);
• Máquinas, máquinas herramienta (cos(f) ~ 0,5);
• Transformadores de soldadura (cos(f) ~ 0,4);
• Lámparas fluorescentes (cos(f) ~ 0,5-0,6).

Reducir el valor de la potencia aparente al compensar la potencia reactiva:

*datos obtenidos en base a la experiencia general en la operación de instalaciones KRM

Es esencial para la práctica el hecho de que una carga reactiva de naturaleza inductiva se puede compensar conectando una carga capacitiva en paralelo con ella. Tras un estudio cuidadoso, este fenómeno se vuelve obvio: la corriente retrasada de la rama inductiva de dicho circuito se compensa con la corriente adelantada de la rama capacitiva. Con una selección adecuada de capacitancia, el retraso de corriente en el circuito se puede compensar casi por completo (cos f = 1). Los condensadores conectados en paralelo a una carga inductiva para compensar su RM se denominan compensadores o coseno (ya que sirven para aumentar el cos f de la UE).

Métodos de compensación

La compensación de PM puede ser individual (local), cuando los capacitores se instalan muy cerca de cada consumidor, y compensación grupal utilizando unidades de capacitores especiales, generalmente ubicadas cerca de subestaciones transformadoras, puntos de distribución, etc., conectadas al comienzo de cada línea de grupo. Este método es adecuado para grandes centrales eléctricas.

¿Por qué es necesaria la compensación de potencia reactiva en las redes de distribución eléctrica?

La energía activa es generada únicamente por generadores de centrales eléctricas. La potencia reactiva es generada por generadores de centrales eléctricas (motores síncronos de estaciones en modo de sobreexcitación), así como por dispositivos de compensación (por ejemplo, bancos de condensadores).
La transferencia de potencia reactiva desde los generadores a través de la red eléctrica a los consumidores (receptores de energía por inducción) provoca un consumo de energía activa en la red en forma de pérdidas y además carga los elementos de la red eléctrica, reduciendo su capacidad total.
Así, por ejemplo, un generador con una potencia nominal de 1250 kVA con un factor de potencia nominal cosφ=0,8 puede proporcionar al consumidor una potencia activa igual a 1250×0,8=1000 kW. Si el generador funcionará con cosφ=0,6, entonces se suministrará a la red una potencia activa igual a 1250×0,6=750 kW (la potencia activa está infrautilizada en una cuarta parte).
Por lo tanto, como regla general, no es práctico aumentar la producción de potencia reactiva de los generadores de las estaciones para entregarla a los consumidores. El mayor efecto económico se logra colocando dispositivos de compensación (generación de energía reactiva) cerca de receptores de energía por inducción que consumen energía reactiva.

Receptores de energía por inducción o consumidores de energía reactiva

• Transformador. Es uno de los principales eslabones en la transmisión de electricidad desde la fuente de energía eléctrica al consumidor y está diseñado para convertir, mediante inducción electromagnética, un sistema de corriente alterna de un voltaje en un sistema de corriente alterna de otro voltaje a una frecuencia constante. y sin pérdidas de potencia importantes.
• Motor asíncrono. Los motores asíncronos, junto con la potencia activa, consumen hasta el 65% de la potencia reactiva del sistema eléctrico.
• Hornos de inducción. Se trata de receptores eléctricos de gran tamaño que requieren de una gran cantidad de potencia reactiva para su funcionamiento. Los hornos de inducción de frecuencia industrial se utilizan a menudo para fundir metales.
• Unidades convertidoras que convierten corriente alterna en corriente continua mediante rectificadores. Estas instalaciones son muy utilizadas en empresas industriales y en el transporte ferroviario mediante corriente continua.
• Ámbito social y doméstico. Un aumento en el número de diversos accionamientos eléctricos, dispositivos estabilizadores y convertidores y el uso de convertidores de semiconductores conduce a un aumento en la potencia reactiva consumida y esto, a su vez, afecta el funcionamiento de otros receptores eléctricos, acorta su vida útil. y crea pérdidas de electricidad adicionales. Las modernas lámparas fluorescentes (las llamadas de bajo consumo), que se utilizan cada vez más en apartamentos y oficinas, también consumen energía reactiva.

¿Qué consecuencias tiene para los abonados la falta de compensación de potencia reactiva?

• Para transformadores al disminuir. cosφ La capacidad de potencia activa disminuye debido a un aumento en la carga reactiva.
• Aumento de la potencia total al disminuir cosφ conduce a un aumento de la corriente y, en consecuencia, de las pérdidas de potencia, que son proporcionales al cuadrado de la corriente.
• Un aumento de la corriente requiere un aumento en las secciones transversales de alambres y cables, y aumentan los costos de capital para las redes eléctricas.
• Aumento de corriente al disminuir. cosφ conduce a un aumento en la pérdida de voltaje en todas las partes del sistema eléctrico, lo que provoca una disminución del voltaje entre los consumidores.
• En las empresas industriales, una disminución del voltaje altera el funcionamiento normal de los receptores eléctricos. La velocidad de rotación de los motores eléctricos disminuye, lo que conduce a una disminución en la productividad de las máquinas en funcionamiento, la productividad de los hornos eléctricos disminuye, la calidad de la soldadura se deteriora, el flujo luminoso de las lámparas disminuye, el rendimiento de las redes eléctricas de las fábricas disminuye y, como Como resultado, la calidad de los productos se deteriora.

El aspecto físico del proceso y la importancia práctica del uso de unidades de compensación de potencia reactiva.

Para entender lo que significa el término "potencia reactiva",

Recordemos la definición del concepto de energía eléctrica. Es una cantidad física que expresa la tasa de transmisión, consumo o generación de electricidad en un momento determinado.

Cuanto mayor sea el nivel de potencia, mayor será la productividad que puede tener una instalación eléctrica en una determinada unidad de tiempo. Se entiende por potencia instantánea el producto de la corriente y el voltaje en un momento en cualquier sección del circuito eléctrico.

Consideremos el aspecto físico del proceso.

Si tomamos circuitos en los que ocurre corriente continua, entonces los valores de potencia promedio e instantánea durante un cierto período de tiempo son iguales, pero no hay potencia reactiva. Y en circuitos donde se produce el fenómeno de la corriente alterna, la situación anterior se produce sólo si la carga allí es puramente activa. Esto sucede, por ejemplo, en un aparato eléctrico como un calentador eléctrico. Con una carga puramente resistiva en el circuito en condiciones de corriente alterna, las fases de corriente y voltaje coinciden y toda la potencia se transfiere a la carga.

En el caso de una carga inductiva, como en los motores eléctricos, la corriente va en fase con el voltaje, y si es capacitiva, como es el caso en varios dispositivos eléctricos, entonces la corriente, por el contrario, está en fase. por delante del voltaje. Dado que el voltaje y la corriente no están en fase (con una carga reactiva), la potencia total solo se transfiere parcialmente a la carga; podría transferirse por completo si el cambio de fase fuera cero, es decir, la carga activa;

¿Cuál es la diferencia entre potencia reactiva y activa?

Esa parte de la potencia total que se transfiere a la carga en las condiciones del período de corriente alterna se llama potencia activa. Su valor se calcula como resultado del producto de los valores de tensión y corriente por el coseno del ángulo de fase que se encuentra entre ellos.

Y esa potencia que no fue transferida a la carga, y por lo que se produjeron pérdidas de radiación y calentamiento, se llama potencia reactiva. Su valor es el producto de los valores de tensión y corriente y el seno del ángulo de desfase que se encuentra entre ellos.

Por eso, La potencia reactiva es un término que caracteriza la carga.. Su unidad de medida se llama voltiamperios reactivos, abreviado como var o var. Pero en la vida, otro valor de medición es más común: el coseno phi, como valor que mide la calidad de una instalación eléctrica desde el punto de vista del ahorro de energía. De hecho, la cantidad de energía que, cuando se suministra desde una fuente, va a la carga depende del valor de cos φ. En consecuencia, es muy posible utilizar una fuente no muy potente y, en consecuencia, se desperdiciará menos energía.

¿Cómo se puede compensar la potencia reactiva?

Como se desprende de lo anterior, en el caso de que la carga sea inductiva, debe compensarse mediante condensadores, condensadores y la carga capacitiva debe compensarse mediante reactores y bobinas de choque. De esta manera, puede elevar el coseno phi a valores suficientes de 0,7-0,9. Así es como funciona compensación de potencia reactiva.

¿Cuáles son los beneficios de la compensación de potencia reactiva?

Las instalaciones de compensación de potencia reactiva pueden aportar enormes beneficios económicos. Según las estadísticas, pueden ahorrar hasta un 50% en las facturas de electricidad en diferentes partes de la Federación de Rusia. Cuando se instalan, el dinero gastado en ellos se amortiza en menos de un año.

En la fase de diseño de las instalaciones, la introducción de unidades condensadoras ayuda a reducir el coste de compra de cables al reducir su sección transversal. Por ejemplo, una instalación automática de condensadores puede tener el efecto de aumentar el coseno phi de 0,6 a 0,97.

Dibujemos una línea:

Según entendemos, las instalaciones de compensación de potencia reactiva ayudan a ahorrar dinero significativamente, así como a aumentar la vida útil de los equipos, por las siguientes razones:

1) se reduce la carga sobre los transformadores de potencia, lo que aumenta su durabilidad.

2) Se reduce el nivel de carga sobre cables y alambres, y también puede ahorrar dinero comprando cables de una sección transversal más pequeña.

3) Mejorar el nivel de calidad de la energía eléctrica procedente de receptores eléctricos.

4) No hay peligro de pagar penalizaciones por reducir cos φ.

5) la magnitud de los armónicos más altos en la red disminuye.

6) se reduce la cantidad de consumo de electricidad.

Recordemos una vez más que la energía reactiva y la potencia reducen los resultados del funcionamiento del sistema eléctrico, debido a que cargar los generadores de las centrales eléctricas con corrientes reactivas conduce a un aumento en el volumen de combustible consumido y en el tamaño de las pérdidas en También aumenta las redes de suministro y receptores, y finalmente el nivel de caída de tensión en las redes.

Las características eléctricas de una instalación o red son básicas para la mayoría de aparatos eléctricos conocidos. La potencia activa (transmitida, consumida) caracteriza la parte de la potencia total que se transmite durante un cierto período de frecuencia de corriente alterna.

Definición

Sólo la corriente alterna puede tener potencia activa y reactiva, ya que las características de red (corriente y voltaje) de la corriente continua son siempre iguales. La unidad de medida de la potencia activa es el vatio, mientras que la potencia reactiva se mide en voltamperios reactivos y kiloVAR (kVAR). Vale la pena señalar que tanto las características completas como las activas se pueden medir en kW y kVA, esto depende de los parámetros del dispositivo y la red específicos. En los circuitos industriales se suele medir en kilovatios.

La ingeniería eléctrica utiliza el componente activo para medir la transferencia de energía de dispositivos eléctricos individuales. Veamos cuánta energía consumen algunos de ellos:

Por todo lo dicho anteriormente, la potencia activa es una característica positiva de un circuito eléctrico específico, que es uno de los principales parámetros para seleccionar aparatos eléctricos y controlar el consumo eléctrico.

Designación del componente reactivo:

Este es un valor nominal que caracteriza las cargas en dispositivos eléctricos utilizando fluctuaciones y pérdidas de EMF durante el funcionamiento del dispositivo. En otras palabras, la energía transmitida va a un convertidor reactivo específico (un condensador, un puente de diodos, etc.) y se manifiesta solo si el sistema incluye este componente.

Cálculo

Para conocer el indicador de potencia activa, es necesario conocer la potencia total, se utiliza la siguiente fórmula para calcularla:

S = U\I, donde U es el voltaje de la red e I es la corriente de la red.

El mismo cálculo se realiza al calcular el nivel de transferencia de energía de una bobina con conexión simétrica. El diagrama se ve así:

El cálculo de la potencia activa tiene en cuenta el ángulo o coeficiente de fase (cos φ), entonces:

S = U * I * porque φ.

Un factor muy importante es que esta cantidad eléctrica puede ser positiva o negativa. Depende de las características que tenga cos φ. Si el ángulo de cambio de fase de una corriente sinusoidal está en el rango de 0 a 90 grados, entonces la potencia activa es positiva, si es de 0 a -90, entonces es negativa. La regla es válida solo para corriente síncrona (sinusoidal) (utilizada para operar un motor asíncrono o equipo de máquina herramienta).

Además, una de las características de esta característica es que en un circuito trifásico (por ejemplo, un transformador o generador), el indicador activo se genera completamente en la salida.

La potencia máxima y activa se denota por P, la potencia reactiva por Q.

Debido a que la reactiva está determinada por el movimiento y la energía del campo magnético, su fórmula (teniendo en cuenta el ángulo de cambio de fase) tiene la siguiente forma:

Q L = U L I = Yo 2 x L

Para corrientes no sinusoidales es muy difícil seleccionar parámetros de red estándar. Para determinar las características requeridas con el fin de calcular la potencia activa y reactiva, se utilizan varios dispositivos de medición. Este es un voltímetro, amperímetro y otros. Según el nivel de carga, se selecciona la fórmula deseada.

Debido a que las características reactivas y activas están relacionadas con la potencia total, su relación (equilibrio) es la siguiente:

S = √P 2 + Q 2 , y todo esto es igual a U*I.

Pero si la corriente pasa directamente por la reactancia. No hay pérdidas en la red. Esto está determinado por el componente inductivo inductivo - C y la resistencia - L. Estos indicadores se calculan mediante las fórmulas:

Resistencia de inductancia: x L = ωL = 2πfL,

Resistencia de capacitancia: xc = 1/(ωC) = 1/(2πfC).

Para determinar la relación entre potencia activa y reactiva, se utiliza un coeficiente especial. Este es un parámetro muy importante mediante el cual se puede determinar qué parte de la energía se utiliza para otros fines o se "pierde" durante el funcionamiento del dispositivo.

Si hay un componente reactivo activo en la red, se debe calcular el factor de potencia. Esta cantidad no tiene unidades de medida; caracteriza a un consumidor de corriente específico si el sistema eléctrico contiene elementos reactivos. Con la ayuda de este indicador, queda claro en qué dirección y cómo se desplaza la energía en relación con el voltaje de la red. Para hacer esto necesitarás un diagrama de triángulo de voltaje:

Por ejemplo, si hay un condensador, la fórmula del coeficiente es la siguiente:

porque φ = r/z = P/S

Para obtener los resultados más precisos se recomienda no redondear los datos obtenidos.

Compensación

Considerando que cuando las corrientes resuenan, la potencia reactiva es 0:

Q = QL – QC = ULI – UCI

Para mejorar la calidad de funcionamiento de un dispositivo en particular, se utilizan dispositivos especiales para minimizar el impacto de las pérdidas en la red. En particular, este es un UPS. Este dispositivo no requiere consumidores eléctricos con batería incorporada (por ejemplo, computadoras portátiles o dispositivos portátiles), pero para la mayoría de los demás es necesaria una fuente de alimentación ininterrumpida.

Al instalar una fuente de este tipo, no solo es posible determinar las consecuencias negativas de las pérdidas, sino también reducir el costo del pago de la electricidad. Los expertos han demostrado que, en promedio, un UPS permitirá ahorrar entre un 20% y un 50%. ¿Por qué sucede esto?:

Los cables se calientan menos, esto no solo tiene un efecto positivo en su funcionamiento, sino que también aumenta la seguridad;

Los dispositivos de señalización y radio tienen interferencias reducidas;

Los armónicos en la red eléctrica se reducen en un orden de magnitud.

En algunos casos, los especialistas no utilizan UPS completos, sino condensadores de compensación especiales. Son aptos para uso doméstico, disponibles y vendidos en todas las tiendas de electricidad. Para calcular los ahorros planificados y recibidos, puede utilizar todas las fórmulas anteriores.

La dependencia general de la energía eléctrica de la corriente y el voltaje eléctricos se conoce desde hace mucho tiempo: este es el producto. Multipliquemos la corriente por el voltaje y obtengamos de la red el valor de esta cantidad consumida por el circuito.

Pero en realidad puede que no todo sea tan sencillo. Porque simplemente multiplicando el voltaje por la corriente, obtenemos el valor de potencia total. ¡Parecería que esto es lo que necesitas! Después de todo, normalmente nos interesa el valor total de cualquier cantidad.

Sin embargo, esta relación no se puede extender a la energía eléctrica, ya que la electricidad y la potencia en función de las cuales cambian las lecturas del contador de nuestro apartamento no son totales, sino activas.

potencia activa- esta es la potencia que se consume en el momento en que hay tensión y corriente eléctrica síncronas con ella en la red al mismo tiempo. De hecho, en los circuitos de CC, con la excepción de los procesos transitorios durante la conmutación de encendido y apagado, esto es lo que sucede.

El voltaje "presiona" constantemente; si el circuito está cerrado, una cierta corriente "presiona" constantemente; Como resultado, la potencia aparente y activa se vuelven iguales, ya que la corriente y el voltaje actúan en conjunto.

Los circuitos de CA son un asunto diferente. El voltaje en ellos cambia de dirección cincuenta veces por segundo, y la corriente... a veces se retrasa y otras veces adelanta al voltaje. Por ejemplo, si hay "inductancia" en un circuito, es decir, una bobina de cable con muchas vueltas, entonces la corriente en dicho elemento del circuito se "retrasará" con respecto al voltaje.

La razón es la fuerza electromagnética trasera de la autoinducción que resiste el cambio de corriente en la bobina. Resulta que el voltaje ya se ha aplicado a la inductancia y la corriente aún no puede aumentar debido a la interferencia del back-EMF.

Entre los estudiantes de muchas universidades de ingeniería eléctrica existe la siguiente comparación artística: "La corriente tarda un tiempo en recorrer cada espira, pero la tensión está ahí, ya en los extremos de la bobina".

La fem de contrainducción provoca una caída de voltaje y una disminución de la corriente en el circuito. Es decir, la bobina es una fuente de reactancia inductiva. Pero se diferencia de la resistencia activa en que no genera calor y no consume energía en el sentido habitual.

Simplemente hay una transferencia "vacía" de electricidad desde la fuente a la inductancia. Y la energía, redirigida de un lado a otro como una pelota de tenis de mesa, no sale de la red por ningún lado. Se trata de energía reactiva y el consumidor en casa no tiene que pagar por ella a la empresa comercializadora de energía.

Energía reactiva, producida en la red por unidad de tiempo, puede considerarse potencia reactiva. Se calcula de la misma manera que el activo: multiplicando el componente reactivo de la corriente por el voltaje.

La componente reactiva de la corriente es la que no coincide con la tensión en fase. La cantidad de "desajuste" se caracteriza por el ángulo de cambio de fase. En el caso de inductancia pura, el desplazamiento de fase es como máximo de 90°. Esto significa que cuando el voltaje alcanza su valor más alto, la corriente apenas comienza a aumentar.

Y si hay un condensador (capacitancia) en el circuito, entonces el voltaje, por el contrario, se retrasará con respecto a la corriente en 90 grados debido al hecho de que para que se produzca una caída de voltaje, el condensador necesita cargar sus placas.

Del mismo modo, la fuente y el condensador en un mismo circuito intercambiarán energía reactiva, que no se desperdiciará en nada.

En un circuito real no existe una carga puramente activa o puramente reactiva, por lo que la potencia total siempre consta de una componente activa y reactiva, y el ángulo de fase está entre cero y 90°.

La componente reactiva de la corriente es igual a su producto por el seno del ángulo de fase, y la componente activa es igual al producto por el coseno de este ángulo:

Q=I*sen⁡φ; P=I*cosφ

La potencia total se puede encontrar usando el teorema de Pitágoras:

S=√(P^2+Q^2);

Al mismo tiempo, la potencia reactiva, a diferencia de la potencia activa, no se puede calcular en vatios porque es ineficiente. Por lo tanto, se inventó una unidad de medida especial para la potencia reactiva: los voltamperios reactivos (VAR). Y el total se mide en voltios-amperios, sin especificar la naturaleza de la carga.

¿QUÉ ES LA POTENCIA TOTAL, ACTIVA Y REACTIVA? DE COMPLEJO A SIMPLE.

En la vida cotidiana, casi todo el mundo se encuentra con el concepto de "energía eléctrica", "consumo de energía" o "cuánta electricidad consume esta cosa". En esta colección, explicaremos el concepto de energía eléctrica de corriente alterna para especialistas con conocimientos técnicos y mostraremos en la imagen la energía eléctrica en forma de "cuánta electricidad consume esta cosa" para personas con una mentalidad humanitaria :-). Revelamos el concepto más práctico y aplicable de potencia eléctrica y evitamos deliberadamente describir expresiones diferenciales de potencia eléctrica.

¿QUÉ ES LA ENERGÍA CA?

En los circuitos de CA, la fórmula para la potencia de CC sólo se puede utilizar para calcular la potencia instantánea, que varía mucho con el tiempo y es inútil para cálculos prácticos. El cálculo directo de la potencia media requiere integración en el tiempo. Para calcular la potencia en circuitos donde el voltaje y la corriente varían periódicamente, la potencia promedio se puede calcular integrando la potencia instantánea durante el período. En la práctica, lo más importante es el cálculo de la potencia en circuitos de tensión y corriente alterna sinusoidal.

Para conectar los conceptos de potencia total, activa, reactiva y factor de potencia, conviene recurrir a la teoría de números complejos. Podemos suponer que la potencia en un circuito de corriente alterna se expresa mediante un número complejo tal que la potencia activa es su parte real, la potencia reactiva es la parte imaginaria, la potencia aparente es el módulo y el ángulo φ (desfase) es el argumento. Para tal modelo, todas las relaciones escritas a continuación resultan válidas.

Potencia activa (potencia real)

La unidad de medida es vatio (designación rusa: W, kilovatio - kW; internacional: vatio -W, kilovatio - kW).

El valor promedio de la potencia instantánea durante un período T se llama potencia activa, y

expresado por la fórmula:

En circuitos de corriente sinusoidal monofásicos, donde υ y Ι son los valores rms de tensión y corriente, y φ es el ángulo de desfase entre ellos.

Para circuitos de corriente no sinusoidal, la potencia eléctrica es igual a la suma de las potencias medias correspondientes de los armónicos individuales. La potencia activa caracteriza la tasa de conversión irreversible de energía eléctrica en otros tipos de energía (térmica y electromagnética). La potencia activa también se puede expresar en términos de corriente, voltaje y el componente activo de la resistencia del circuito r o su conductividad g según la fórmula. En cualquier circuito eléctrico de corriente tanto sinusoidal como no sinusoidal, la potencia activa de todo el circuito es igual a la suma de las potencias activas de las partes individuales del circuito, para los circuitos trifásicos, la potencia eléctrica se define como la; suma de las potencias de las fases individuales. Con la potencia total S, la activa está relacionada por la relación.

En la teoría de las líneas largas (análisis de los procesos electromagnéticos en una línea de transmisión, cuya longitud es comparable a la longitud de la onda electromagnética), un análogo completo de la potencia activa es la potencia transmitida, que se define como la diferencia entre la potencia incidente y poder reflejado.

Potencia reactiva

La unidad de medida es el voltamperio reactivo (designación rusa: var, kVAR; internacional: var).

La potencia reactiva es una cantidad que caracteriza las cargas creadas en dispositivos eléctricos por las fluctuaciones en la energía del campo electromagnético en un circuito de corriente alterna sinusoidal, igual al producto de los valores eficaces de la tensión U y la corriente I, multiplicados por el seno de el ángulo de fase φ entre ellos:

(si la corriente va por detrás del voltaje, el cambio de fase se considera positivo, si va por delante, es negativo). La potencia reactiva está relacionada con la potencia total S y la potencia activa P mediante la relación: .

El significado físico de potencia reactiva es la energía bombeada desde la fuente a los elementos reactivos del receptor (inductores, condensadores, devanados del motor) y luego devuelta por estos elementos a la fuente durante un período de oscilación, denominado este período.

Cabe señalar que el valor de sen φ para valores de φ de 0 a más 90° es un valor positivo. El valor de sen φ para valores de φ de 0 a menos 90° es un valor negativo. Según la fórmula

La potencia reactiva puede ser un valor positivo (si la carga es de naturaleza activa-inductiva) o negativo (si la carga es de naturaleza activa-capacitiva). Esta circunstancia enfatiza el hecho de que la potencia reactiva no participa en el funcionamiento de la corriente eléctrica. Cuando un dispositivo tiene potencia reactiva positiva, se acostumbra decir que la consume, y cuando produce potencia negativa, la produce, pero esto es puramente una convención debido a que la mayoría de los dispositivos que consumen energía (por ejemplo, asíncronos Los motores), así como las cargas puramente activas, están conectados a través de un transformador, son activo-inductivos.

El uso de transductores de medición eléctricos modernos basados ​​en tecnología de microprocesadores permite una evaluación más precisa de la cantidad de energía devuelta por una carga inductiva y capacitiva a una fuente de voltaje alterno.

La potencia puede ser un valor positivo (si la carga es de naturaleza activa-inductiva) o negativo (si la carga es de naturaleza activa-capacitiva). Esta circunstancia enfatiza el hecho de que la potencia reactiva no participa en el funcionamiento de la corriente eléctrica. Cuando un dispositivo tiene potencia reactiva positiva, se acostumbra decir que la consume, y cuando produce potencia negativa, la produce, pero esto es puramente una convención debido a que la mayoría de los dispositivos que consumen energía (por ejemplo, asíncronos Los motores), así como las cargas puramente activas, están conectados a través de un transformador, son activo-inductivos.

Los generadores síncronos instalados en centrales eléctricas pueden producir y consumir potencia reactiva dependiendo de la magnitud de la corriente de excitación que fluye en el devanado del rotor del generador. Gracias a esta característica de las máquinas eléctricas síncronas, se regula el nivel de tensión de red especificado. Para eliminar sobrecargas y aumentar el factor de potencia de las instalaciones eléctricas se realiza una compensación de potencia reactiva.

El uso de transductores de medición eléctricos modernos basados ​​en tecnología de microprocesadores permite una evaluación más precisa de la cantidad de energía devuelta por una carga inductiva y capacitiva a una fuente de voltaje alterno.

poder aparente

La unidad de potencia eléctrica total es voltamperio (designación rusa: VA, VA, kVA-kilo-voltiamperio; internacional: V A, kVA).

La potencia total es un valor igual al producto de los valores efectivos de la corriente eléctrica periódica I en el circuito y el voltaje U en sus terminales: ; La relación de la potencia total con las potencias activa y reactiva se expresa de la siguiente manera: donde P es potencia activa, Q es potencia reactiva (con carga inductiva Q›0 y con carga capacitiva Q‹0).

La relación vectorial entre potencia total, activa y reactiva se expresa mediante la fórmula:

La potencia total tiene un significado práctico como valor que describe las cargas realmente impuestas por el consumidor a los elementos de la red de suministro (alambres, cables, cuadros de distribución, transformadores, líneas eléctricas), ya que estas cargas dependen de la corriente consumida y no de la energía realmente utilizada por el consumidor. Por este motivo, la potencia total de los transformadores y cuadros de distribución se mide en voltios amperios y no en vatios.

Todas las descripciones formuladas y textuales anteriores de las potencias totales, reactivas y activas quedan visual e intuitivamente claras en la siguiente figura:-)

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