Teoria și termenii de bază ai economisirii energiei. Putere activă

Puterea poate fi activă sau plină. Întrebarea este, plin de ce? Dar, spun ei, prin ceea ce ne servește bine, ceea ce ne face util, dar și... se dovedește că asta nu este tot. Există și o a doua componentă, care se dovedește a fi un fel de greutate, și pur și simplu arde energie. Încălzește ceea ce nu este necesar, dar nu ne face nici cald, nici rece.

Această putere se numește putere reactivă. Dar, destul de ciudat, noi înșine suntem de vină. Sau, mai degrabă, sistemul nostru de generare, transmitere și consum de energie electrică.

Putere activă, reactivă și aparentă

Folosim electricitate folosind rețele AC. Tensiunea din rețelele noastre fluctuează de 50 de ori în fiecare secundă de la valoarea minimă la maximă. S-a întâmplat așa. Când a fost inventat un generator electric, care transformă mișcarea mecanică în electricitate, s-a dovedit că perpetuum mobile, sau, tradus din latină, mișcarea perpetuă, este cel mai ușor de aranjat în cerc. O roată a fost inventată cândva, iar de atunci știm că dacă o atârnați pe o osie, o puteți roti mult, mult timp și va rămâne în același loc - pe axă.

De ce este variabilă tensiunea rețelei noastre?

Și un generator electric are o axă și ceva care se rotește pe el. Și rezultatul este tensiunea electrică. Numai generatorul este format din două părți: rotativ, rotorul, și staționar, statorul. Și amândoi sunt implicați în producerea de energie electrică. Și când o parte se rotește în jurul alteia, atunci inevitabil punctele suprafeței părții rotative fie se apropie de punctele suprafeței staționare, fie se îndepărtează de ele. Și această poziție articulară este descrisă inevitabil de o singură funcție matematică - o sinusoidă. O sinusoidă este o proiecție de rotație într-un cerc pe una dintre axele geometrice. Dar multe astfel de axe pot fi construite. De obicei coordonatele noastre sunt perpendiculare una pe cealaltă. Și apoi, când un anumit punct se rotește într-un cerc pe o axă, proiecția de rotație va fi o sinusoidă, iar pe de altă parte - un cosinus, sau aceeași sinusoidă, deplasată doar față de primul cu un sfert de rotație, sau cu 90°.

Este ceva asemănător cu tensiunea pe care o aduce rețeaua electrică în apartamentul nostru.

Unghiul de rotație aici nu este împărțit în 360 de grade,
și de 24 de divizii. Adică, o diviziune corespunde la 15°
6 diviziuni = 90°

Deci, tensiunea din rețeaua noastră este sinusoidală cu o frecvență de 50 de herți și o amplitudine de 220 de volți, deoarece era mai convenabil să se facă generatoare care generează tensiune alternativă.

Beneficiați de tensiune alternativă - beneficiu de sistem

Și pentru a face tensiunea constantă, trebuie să o îndreptați în mod special. Și acest lucru se poate face fie direct în generator (special conceput - atunci va deveni un generator de curent continuu), fie cândva mai târziu. Acest „într-o zi” a fost din nou foarte util, deoarece tensiunea alternativă poate fi convertită printr-un transformator - ridicată sau coborâtă. Aceasta s-a dovedit a fi a doua comoditate a tensiunii alternative. Și prin creșterea acestuia cu transformatoare la tensiuni literalmente EXTRAORDINARIE (jumătate de milion de volți sau mai mult), poate fi transmis pe distanțe gigantice prin fire fără pierderi gigantice. Și acest lucru a fost de folos și în marea noastră țară.

Deci, după ce au adus totuși tensiunea în apartamentul nostru, coborând-o la o valoare oarecum imaginabilă (deși încă periculoasă) de 220 de volți, au uitat din nou să o transforme în constantă. Și de ce? Luminile sunt aprinse, frigiderul funcționează, televizorul este pornit. Deși televizorul are aceste tensiuni constante/alternante... dar să nu vorbim despre asta aici.

Pierderi de tensiune AC

Și astfel folosim o rețea de tensiune alternativă.

Și conține o „plată pentru uitare” - reactanța rețelelor noastre consumatoare și puterea lor reactivă. Reactanța este rezistența la curentul alternativ. Și puterea care trece pur și simplu dincolo de aparatele noastre electrice consumatoare.

Curentul care trece prin fire creează un câmp electric în jurul lor. Un câmp electrostatic atrage sarcini din tot ceea ce înconjoară sursa câmpului, adică curentul. Și schimbarea curentului creează și un câmp electromagnetic, care începe să inducă fără contact curenți electrici în toți conductorii din jur. Deci, sinusoidul nostru actual, de îndată ce pornim ceva, nu este doar curent, ci schimbarea sa continuă. Exista o multime de conductori in jur, incepand de la carcasele metalice ale acelorasi aparate electrice, tevi metalice pentru alimentarea cu apa, incalzire, canalizare si terminand cu tije de armare in pereti si tavane din beton armat. În toate acestea este indusă electricitatea. Chiar și apa din rezervorul de toaletă participă la distracția generală - în ea sunt induși și curenți de inducție. Nu avem deloc nevoie de acest tip de electricitate; Dar încearcă să încălzească acești conductori, ceea ce înseamnă că ia energie electrică din rețeaua noastră de apartamente.

Pentru a caracteriza raportul de putere în rețeaua noastră AC, desenați un triunghi.

S este puterea totală consumată de rețeaua noastră,
P – puterea activă, cunoscută și sub numele de sarcină activă activă,
Q – putere reactivă.

Puterea totală poate fi măsurată cu un wattmetru, iar puterea activă se obține prin calcularea rețelei noastre, în care luăm în considerare doar sarcinile care ne sunt utile. Desigur, neglijăm rezistența firelor, considerându-le mici în raport cu rezistența utilă a aparatelor electrice.

Putere maximă

S = U x I = U a x I f

Adică, cu cât este „mai prost” acest unghi ascuțit, cu atât mai rău funcționează rețeaua noastră internă care consumă apartamente - multă energie se duce în pierderi.

Ce este puterea activă, reactivă și aparentă

Unghiul j poate fi numit și unghiul de defazare dintre curent și tensiune în rețeaua noastră. Curentul este rezultatul aplicării unei tensiuni inițiale de 220 volți cu o frecvență de 50 herți rețelei noastre. Când sarcina este activă, faza curentului coincide cu faza tensiunii din ea. Iar sarcinile reactive schimbă această fază cu acest unghi.

De fapt, unghiul caracterizează gradul de eficiență al consumului nostru de energie. Și trebuie să încercăm să o reducem. Apoi S se va apropia de P.

Este mai convenabil să operați nu cu unghiul, ci cu cosinusul unghiului. Acesta este exact raportul dintre cele două puteri:

Cosinusul unui unghi se apropie de unu pe măsură ce unghiul se apropie de zero. Adică, cu cât unghiul j este mai ascuțit, cu atât funcționează mai bine și mai eficient rețeaua consumatoare de energie electrică. În practică, dacă obțineți o valoare cosinus phi (și poate fi exprimată ca procent) de ordinul 70-90%, atunci aceasta este deja considerată bună.

O altă relație care conectează puterea activă și puterea reactivă este adesea folosită:

Din diagrama de curent și tensiune puteți găsi expresii pentru puteri: activă, reactivă și totală.

Dacă puterea activă mai cunoscută este măsurată în wați, atunci puterea totală este măsurată în volți-amperi (var). Un watt dintr-o var poate fi calculat prin înmulțirea cu cosinus phi.

Ce este puterea reactivă

Puterea reactivă poate fi inductivă sau capacitivă. Ele se comportă diferit într-un circuit electric. La curent continuu, inductanța este pur și simplu o bucată de sârmă care are o rezistență foarte mică. Un condensator de tensiune constantă este doar un circuit deschis.

Și când le conectăm la circuit, le aplicăm tensiune, în timpul procesului de tranziție se comportă și ei exact invers. Condensatorul este încărcat, iar curentul rezultat este inițial mare, apoi, pe măsură ce încărcarea continuă, mic, scăzând la zero.

Într-o inductanță, o bobină cu un fir, câmpul magnetic rezultat după pornire la început interferează puternic cu trecerea curentului și este mic la început, apoi crește la valoarea sa staționară, determinată de elementele active ale circuit.

Condensatorii contribuie astfel la modificarea curentului în circuit, în timp ce inductanțele împiedică schimbarea curentului.

Componentele inductive și capacitive ale rezistenței rețelei

Astfel, elementele reactive au propriile tipuri de rezistență - capacitivă și inductivă. Aceasta este legată de rezistența totală, inclusiv componentele active și reactive, prin următoarea formulă:

Z – rezistenta totala,

R – rezistență activă,

X – reactanța.

La rândul său, reactanța constă din două părți:

X L – inductiv și X C – capacitiv.

De aici vedem că contribuția lor la componenta reactivă este diferită.

Tot ceea ce este inductiv în rețea crește reactanța rețelei, tot ceea ce este capacitiv în rețea reduce reactanța.

Aparatele electrice care afectează calitatea consumului

Dacă toate dispozitivele din rețeaua noastră ar fi ca niște becuri, adică ar fi sarcini pur active, nu ar fi probleme. Dacă ar exista o rețea de consum activ, o sarcină activă continuă și, după cum se spune, într-un câmp deschis - nu era nimic în jur, atunci totul ar fi calculat cu ușurință conform legilor lui Ohm și Kirchhoff și ar fi corect - la fel de mult pe măsură ce ai consumat, ai plătit la fel de mult. Dar având în jurul nostru o „infrastructură” conductivă misterioasă, iar în rețea însăși există multe capacități și inductanțe nesocotite, primim, pe lângă ceea ce ne este util, și o sarcină reactivă care ne este inutilă.

Cum să scapi de el? Atunci când rețeaua de consum electric a fost deja creată, se pot lua măsuri pentru reducerea componentei reactive. Compensarea se bazează pe „antagonismul” inductanțelor și capacităților.

Adică, într-o rețea existentă, ar trebui să măsurați componentele acesteia și apoi să veniți cu compensații.

Un efect deosebit de bun din astfel de măsuri este obținut în rețelele mari consumatoare. De exemplu, la nivelul unui atelier de fabrică cu un număr mare de echipamente care funcționează constant.

Pentru a compensa componenta reactivă, se folosesc compensatoare speciale de putere reactivă (RPC), care conțin condensatori în proiectarea lor care modifică în bine defazajul total din rețea.

Utilizarea motoarelor sincrone de curent alternativ în rețele este, de asemenea, încurajată, deoarece acestea sunt capabile să compenseze puterea reactivă. Principiul este simplu: în rețea sunt capabili să funcționeze în modul motor, iar atunci când se observă o „blocare” a energiei electrice în timpul unei schimbări de fază (limba nu mai găsește alte cuvinte), ei sunt capabili să compenseze acest lucru prin „ lumina lunii” în rețea în modul generator.

Pentru inginerii energetici din întreprinderi și centre comerciale mari, nu există nicio îndoială cu privire la existența energiei reactive. Facturi lunare și bani foarte reali care intră în plată electricitate reactivă, convinge de realitatea existenței sale. Dar unii ingineri electricieni, în mod serios, cu calcule matematice, demonstrează că acest tip de electricitate este ficțiune și că împărțirea energiei electrice în componente active și reactive este artificială.

Să încercăm să înțelegem această problemă, mai ales că creatorii speculează cu privire la ignorarea diferențelor dintre diferitele tipuri de electricitate. Promițând procente uriașe, ei înlocuiesc cu bună știință sau fără să știe un tip de energie electrică cu altul.

Să începem cu conceptele de electricitate activă și reactivă. Fără a intra în jungla formulelor de inginerie electrică, putem determina energie activă ca cea care funcționează: incalzeste alimentele pe aragazele electrice, iti lumineaza camera, raceste aerul folosind un aparat de aer conditionat. Iar electricitatea reactivă creează condițiile necesare pentru efectuarea unor astfel de lucrări. Nu va exista energie reactivă, iar motoarele nu se vor putea roti, frigiderul nu va funcționa. O tensiune de 220 de volți nu va fi furnizată la sediul dumneavoastră, deoarece nici un singur transformator de putere nu funcționează fără a consuma energie electrică reactivă.

Dacă semnalele de curent și tensiune sunt observate simultan pe un osciloscop, atunci aceste două sinusoide au întotdeauna o deplasare una față de cealaltă de o cantitate numită unghiul de fază. Această deplasare caracterizează contribuția energiei reactive la energia totală consumată de sarcină. Măsurând doar curentul din sarcină, este imposibil să izolați partea reactivă a energiei.

Avand in vedere ca energia reactiva nu functioneaza, ea poate fi generata in punctul de consum. Pentru aceasta se folosesc condensatori. Cert este că bobinele și condensatorii consumă diferite tipuri de energie reactivă: inductivă și respectiv capacitivă. Ele deplasează curba curent față de tensiune în direcții opuse.

Datorită acestor împrejurări un condensator poate fi considerat un consumator de energie capacitivă sau un generator de energie inductivă. Pentru un motor care consumă energie inductivă, un condensator din apropiere poate deveni o sursă de energie. O astfel de reversibilitate este posibilă numai pentru elementele reactive ale circuitului care nu efectuează lucru. Pentru energia activă, o astfel de reversibilitate nu există: generarea acesteia este asociată cu consumul de combustibil. La urma urmei, înainte de a putea lucra, trebuie cheltuită energia.

În condiții casnice, organizațiile de transport de energie nu percep o taxă pentru energia reactivă, iar un contor de uz casnic numără doar componenta activă a energiei electrice. Situația este complet diferită în întreprinderile mari: un număr mare de motoare electrice, mașini de sudură și transformatoare, a căror funcționare necesită energie reactivă, creează o sarcină suplimentară pe liniile electrice. În același timp, pierderile de curent și de căldură ale energiei active cresc.

În aceste cazuri, consumul de energie reactivă este luat în considerare de contor și plătit separat. Costul energiei electrice reactive este mai mic decât costul energiei electrice active, dar pentru volume mari de consum, plățile pot fi foarte semnificative. În plus, se aplică amenzi pentru consumul de energie reactivă peste valorile specificate. Prin urmare, devine profitabil din punct de vedere economic pentru astfel de întreprinderi să genereze o astfel de energie la locul consumului acesteia.

Pentru aceasta, se folosesc fie condensatoare individuale, fie unități de compensare automată, care monitorizează volumele de consum și conectează sau deconectează băncile de condensatoare. Modern sisteme de compensare vă permit să reduceți semnificativ consumul de energie reactivă din rețeaua externă.

Revenind la întrebarea din titlul articolului, putem răspunde afirmativ. Energia reactivă există. Fără el, funcționarea instalațiilor electrice în care se creează un câmp magnetic este imposibilă. Fără a efectua lucrări vizibile, este, totuși, o condiție necesară pentru efectuarea lucrărilor efectuate cu energie electrică activă.

CE ESTE PUTEREA TOTALA, ACTIVA SI REACTIVA? DE LA COMPLEX LA SIMPLU.

În viața de zi cu zi, aproape toată lumea da peste conceptul de „putere electrică”, „consum de energie” sau „câtă energie electrică consumă acest lucru”. În această colecție, vom explica conceptul de putere electrică a curentului alternativ pentru specialiștii pricepuți din punct de vedere tehnic și vom arăta în imagine puterea electrică sub forma „câtă energie electrică consumă acest lucru” pentru persoanele cu mentalitate umanitară :-). Dezvăluim cel mai practic și aplicabil concept de putere electrică și evităm în mod deliberat să descriem expresii diferențiale ale puterii electrice.

CE ESTE ALIMENTAREA AC?

În circuitele de curent alternativ, formula pentru puterea de curent continuu poate fi utilizată doar pentru a calcula puterea instantanee, care variază foarte mult în timp și este inutilă pentru calcule practice. Calculul direct al puterii medii necesită integrare în timp. Pentru a calcula puterea în circuitele în care tensiunea și curentul variază periodic, puterea medie poate fi calculată prin integrarea puterii instantanee în perioada respectivă. În practică, cea mai mare importanță este calculul puterii în circuitele de tensiune și curent alternativ sinusoidal.

Pentru a conecta conceptele de putere totală, activă, reactivă și factor de putere, este convenabil să ne întoarcem la teoria numerelor complexe. Putem presupune că puterea într-un circuit de curent alternativ este exprimată printr-un număr complex, astfel încât puterea activă este partea sa reală, puterea reactivă este partea imaginară, puterea aparentă este modulul și unghiul φ (defazare) este argumentul. Pentru un astfel de model, toate relațiile scrise mai jos se dovedesc a fi valabile.

Putere activă (putere reală)

Unitatea de măsură este watt (denumirea rusă: W, kilowatt - kW; internațional: watt -W, kilowatt - kW).

Valoarea medie a puterii instantanee pe o perioadă T se numește putere activă și

exprimat prin formula:

În circuitele de curent sinusoidal monofazate, unde υ și Ι sunt valorile eficace ale tensiunii și curentului, iar φ este unghiul de defazare dintre ele.

Pentru circuitele de curent nesinusoidal, puterea electrică este egală cu suma puterilor medii corespunzătoare ale armonicilor individuale. Puterea activă caracterizează rata de conversie ireversibilă a energiei electrice în alte tipuri de energie (termică și electromagnetică). Puterea activă poate fi exprimată și în termeni de curent, tensiune și componenta activă a rezistenței circuitului r sau conductivitatea sa g conform formulei. În orice circuit electric atât de curent sinusoidal cât și nesinusoidal, puterea activă a întregului circuit este egală cu suma puterilor active ale părților individuale ale circuitului pentru circuitele trifazate, puterea electrică este definită suma puterilor fazelor individuale. Cu puterea totală S, cea activă este legată de relație.

În teoria liniilor lungi (analiza proceselor electromagnetice într-o linie de transmisie, a cărei lungime este comparabilă cu lungimea undei electromagnetice), un analog complet al puterii active este puterea transmisă, care este definită ca diferența dintre puterea incidentă și puterea reflectată.

Putere reactivă

Unitatea de măsură este volt-amper reactiv (desemnare rusă: var, kVAR; internațional: var).

Puterea reactivă este o mărime care caracterizează sarcinile create în dispozitivele electrice prin fluctuațiile energiei câmpului electromagnetic într-un circuit de curent alternativ sinusoidal, egală cu produsul dintre valorile efective ale tensiunii U și curentului I, înmulțit cu sinusul lui. unghiul de fază φ dintre ele:

(dacă curentul rămâne în urma tensiunii, defazajul este considerat pozitiv, dacă duce, este negativ). Puterea reactivă este legată de puterea totală S și puterea activă P prin raportul: .

Semnificația fizică a puterii reactive este energia pompată de la sursă către elementele reactive ale receptorului (inductoare, condensatoare, înfășurări ale motorului) și apoi returnată de aceste elemente înapoi la sursă în timpul unei perioade de oscilație, la care se face referire în această perioadă.

Trebuie remarcat faptul că valoarea sin φ pentru valorile lui φ de la 0 la plus 90° este o valoare pozitivă. Valoarea sin φ pentru valorile lui φ de la 0 la minus 90° este o valoare negativă. Conform formulei

puterea reactivă poate fi fie o valoare pozitivă (dacă sarcina este de natură activ-inductivă) fie negativă (dacă sarcina este de natură activ-capacitivă). Această împrejurare subliniază faptul că puterea reactivă nu participă la funcționarea curentului electric. Când un dispozitiv are putere reactivă pozitivă, se obișnuiește să se spună că îl consumă, iar când produce energie negativă, o produce, dar aceasta este pur și simplu o convenție datorită faptului că majoritatea dispozitivelor consumatoare de energie (de exemplu, asincrone motoarele), precum și sarcinile pur active, sunt conectate printr-un transformator, sunt activ-inductiv.

Utilizarea traductoarelor electrice moderne de măsurare pe tehnologia cu microprocesor permite o evaluare mai precisă a cantității de energie returnată de la o sarcină inductivă și capacitivă la o sursă de tensiune alternativă.

Puterea poate fi fie o valoare pozitivă (dacă sarcina este de natură activ-inductivă) fie negativă (dacă sarcina este de natură activ-capacitivă). Această împrejurare subliniază faptul că puterea reactivă nu participă la funcționarea curentului electric. Când un dispozitiv are putere reactivă pozitivă, se obișnuiește să se spună că îl consumă, iar când produce energie negativă, o produce, dar aceasta este pur și simplu o convenție datorită faptului că majoritatea dispozitivelor consumatoare de energie (de exemplu, asincrone motoarele), precum și sarcinile pur active, sunt conectate printr-un transformator, sunt activ-inductiv.

Generatoarele sincrone instalate în centralele electrice pot produce și consuma atât putere reactivă, în funcție de mărimea curentului de excitație care curge în înfășurarea rotorului generatorului. Datorită acestei caracteristici a mașinilor electrice sincrone, nivelul specificat de tensiune al rețelei este reglat. Pentru a elimina suprasarcinile și a crește factorul de putere al instalațiilor electrice, se efectuează compensarea puterii reactive.

Utilizarea traductoarelor electrice moderne de măsurare bazate pe tehnologia cu microprocesor permite o evaluare mai precisă a cantității de energie returnată de la o sarcină inductivă și capacitivă la o sursă de tensiune alternativă.

Puterea aparentă

Unitatea de putere electrică totală este volt-amperi (desemnarea rusă: VA, VA, kVA-kilo-volt-amperi; internațional: VA, kVA).

Puterea totală este o valoare egală cu produsul dintre valorile efective ale curentului electric periodic I din circuit și tensiunea U la bornele acestuia: ; Raportul dintre puterea totală și puterile active și reactive se exprimă după cum urmează: unde P este puterea activă, Q este puterea reactivă (cu o sarcină inductivă Q›0 și cu o sarcină capacitivă Q‹0).

Relația vectorială dintre puterea totală, activă și reactivă este exprimată prin formula:

Puterea totală are semnificație practică ca valoare care descrie sarcinile impuse efectiv de către consumator asupra elementelor rețelei de alimentare (fir, cabluri, tablouri de distribuție, transformatoare, linii electrice), întrucât aceste sarcini depind de curentul consumat, și nu de energia utilizată efectiv de consumator. Acesta este motivul pentru care puterea totală a transformatoarelor și a plăcilor de distribuție se măsoară în volți-amperi și nu în wați.

Toate descrierile formulate și textuale de mai sus ale puterilor totale, reactive și active sunt clare vizual și intuitiv în figura următoare:-)

Specialiștii companiei din grupul NTS (TM Elektrokaprizam-NET) au o vastă experiență în selectarea echipamentelor specializate pentru sistemele de construcție pentru asigurarea instalațiilor vitale cu alimentare neîntreruptă. Suntem capabili să luăm în considerare cât mai eficient posibil o varietate de parametri electrici și operaționali, care ne permit să alegem o opțiune fezabilă din punct de vedere economic pentru construirea unui sistem de alimentare neîntreruptibilă folosind centrale electrice cu combustibil și alte echipamente aferente.

Apartamentele și casele private au un contor electric, care este folosit pentru a calcula plățile pentru energia consumată. Se crede pur și simplu că numai componenta sa activă este folosită în viața de zi cu zi, deși acest lucru nu este în întregime adevărat. Casele moderne sunt pline de dispozitive ale căror circuite conțin elemente de defazare. Cu toate acestea, puterea reactivă consumată de aparatele de uz casnic este incomparabil mai mică decât cea a întreprinderilor industriale, așa că este neglijată în mod tradițional la calcularea plăților.

Sarcină inductivă și capacitivă

Dacă luați un dispozitiv obișnuit de încălzire sau un bec, atunci puterea indicată în inscripția corespunzătoare de pe bec sau plăcuță de identificare va corespunde produsului dintre curentul care trece prin acest dispozitiv și tensiunea rețelei (pentru noi este de 220 de volți). Situația se schimbă dacă dispozitivul conține un transformator, alte elemente conținând condensatori. Aceste părți au proprietăți speciale, graficul curentului care curge în ele rămâne în urmă sau avansează sinusoida tensiunii de alimentare - cu alte cuvinte, are loc o schimbare de fază. O sarcină capacitivă ideală deplasează vectorul cu -90 de grade, iar o sarcină inductivă îl deplasează cu +90 de grade. Puterea în acest caz devine rezultatul nu numai al produsului dintre curent și tensiune; La ce duce asta?

Reflexia geometrică a procesului

Din cursul de geometrie școlară, toată lumea știe că ipotenuza este mai lungă decât oricare dintre catetele dintr-un triunghi dreptunghic. Dacă puterea activă, reactivă și aparentă formează părțile sale, atunci curenții consumați de bobină și condensator vor fi în unghi drept față de componenta rezistivă, dar cu direcții în direcții opuse. La adăugarea (sau, dacă doriți, scăderea, sunt de semne opuse) cantități, vectorul total, adică puterea reactivă totală, în funcție de ce caracter al sarcinii predomină în circuit, va fi direcționat în sus sau în jos. După direcția sa se poate aprecia ce caracter al sarcinii predomină.

Puterea reactivă atunci când este adăugată vectorial cu componenta activă va oferi întreaga cantitate de putere consumată. Este reprezentată grafic ca ipotenuza triunghiului puterii. Cu cât această linie este mai plată în raport cu axa x, cu atât mai bine.

Cosinus phi

Teorie și practică

Toate calculele teoretice au o valoare mai mare cu cât sunt mai aplicabile în practică. Imaginea oricărei întreprinderi industriale dezvoltate este următoarea: cea mai mare parte a energiei electrice este consumată de motoare (sincrone, asincrone, monofazate, trifazate) și alte mașini. Dar există și transformatoare. Concluzia este simplă: în condiții reale de producție predomină puterea reactivă inductivă. Trebuie remarcat faptul că întreprinderile nu instalează un contor de electricitate, ca în case și apartamente, ci două, dintre care unul este activ, iar celălalt - este ușor să ghiciți care dintre ele. Și autoritățile relevante amendează fără milă pentru consumul excesiv de energie „condus” prin liniile electrice în zadar, așa că administrația este extrem de interesată să calculeze puterea reactivă și să ia măsuri pentru a o reduce. Este clar că este imposibil să rezolvi această problemă fără capacitatea electrică.

Compensarea conform teoriei

Calculul se face folosind formula:

C = 1 / (2πFX), unde X este reactanța totală a tuturor dispozitivelor conectate la rețea; F - frecventa tensiunii de alimentare (avem 50 Hz);

Se pare că - ce ar putea fi mai simplu? Înmulțiți „X” și „pi” cu 50 și împărțiți. Totuși, totul este ceva mai complicat.

Dar în practică?

Formula nu este complicată, dar definirea și calcularea lui X nu este atât de ușoară. Pentru a face acest lucru, trebuie să luați toate datele despre dispozitive, să aflați reactanța lor și în formă vectorială, apoi... De fapt, nimeni nu face asta, cu excepția studenților care lucrează în laborator.

Puterea reactivă poate fi determinată într-un alt mod, folosind un dispozitiv special - un contor de fază, care indică cosinusul phi sau prin compararea citirilor unui wattmetru, ampermetru și voltmetru.

Problema este complicată de faptul că, în condițiile unui proces de producție real, valoarea încărcăturii este în continuă schimbare, deoarece unele mașini sunt pornite în timpul funcționării, în timp ce altele, dimpotrivă, sunt deconectate de la rețea, conform reglementărilor tehnologice. . Prin urmare, sunt necesare măsuri continue de monitorizare a situației. În turele de noapte, iluminatul este aprins iarna, aerul din ateliere poate fi încălzit, iar vara poate fi răcit. Într-un fel sau altul, compensarea puterii reactive se realizează pe baza calculelor teoretice cu o mare parte de măsurători practice ale cos φ.

Conectarea și deconectarea condensatoarelor

Cea mai simplă și mai evidentă modalitate de a rezolva problema este plasarea unui lucrător special în apropierea contorului de fază care ar porni sau opri numărul necesar de condensatori, realizând abaterea minimă a acului de la unitate. Aceasta este ceea ce au făcut la început, dar practica a arătat că notoriul factor uman nu permite întotdeauna obținerea efectului dorit. În orice caz, compensarea puterii reactive, care este cel mai adesea de natură inductivă, se realizează prin conectarea unei capacități electrice de dimensiunea corespunzătoare, dar este mai bine să faceți acest lucru în modul automat, altfel un angajat neatent își poate supune întreprindere la o amendă mare. Din nou, această muncă nu poate fi numită calificată; Cel mai simplu circuit include o pereche de electroni optici formată dintr-un emițător de lumină și un receptor de lumină. Săgeata a depășit valoarea minimă, ceea ce înseamnă că trebuie să adăugați capacitate.

Automatizare și algoritmi inteligenți

În prezent, există sisteme care vă permit să mențineți în mod fiabil cos φ în intervalul de la 0,9 la 1. Deoarece condensatoarele sunt conectate discret în ele, este imposibil să obțineți un rezultat ideal, dar efectul economic al compensatorului automat de putere reactivă încă dă unul foarte bun. Funcționarea acestui dispozitiv se bazează pe algoritmi inteligenți care asigură funcționarea imediat după pornire, cel mai adesea chiar și fără setări suplimentare. Progresele tehnologice în tehnologia computerelor fac posibilă realizarea unei conexiuni uniforme a tuturor treptelor băncilor de condensatoare pentru a evita defecțiunea prematură a unuia sau a două dintre ele. Timpii de răspuns sunt, de asemenea, minimizați, iar bobinele suplimentare reduc amploarea căderii de tensiune în timpul tranzitorii. O centrală electrică modernă are un aspect ergonomic adecvat, care creează condiții pentru ca operatorul să evalueze rapid situația, iar în cazul unui accident sau defecțiune, acesta va primi imediat un semnal de alarmă. Prețul unui astfel de cabinet este considerabil, dar merită plătit pentru el, aduce beneficii.

Dispozitiv compensator

Un compensator convențional al factorului de putere este un dulap metalic de dimensiuni standard, cu un panou de monitorizare și control pe panoul frontal, care este de obicei deschis. În partea de jos a acestuia există seturi de condensatoare (baterii). Acest aranjament se datorează unei considerații simple: containerele electrice sunt destul de grele și este destul de logic să ne străduim să facem structura mai stabilă. În partea superioară, la nivelul ochilor operatorului, există dispozitivele de control necesare, inclusiv un indicator de fază, cu ajutorul căruia puteți aprecia valoarea factorului de putere. Există, de asemenea, diverse indicații, inclusiv cele de urgență, comenzi (pornit și oprit, trecerea în modul manual etc.). Compararea citirilor de la senzorii de măsurare și dezvoltarea acțiunilor de control (conectarea condensatoarelor de valoarea necesară) sunt evaluate de un circuit bazat pe un microprocesor. Actuatoarele funcționează rapid și silențios, de obicei, sunt construite pe tiristoare puternice.

Calculul aproximativ al băncilor de condensatoare

În întreprinderile relativ mici, puterea reactivă a unui circuit poate fi estimată aproximativ în funcție de numărul de dispozitive conectate, ținând cont de caracteristicile lor de defazare. Astfel, un motor electric asincron obișnuit (principalul „muncitor” al fabricilor și fabricilor) cu o sarcină egală cu jumătate din el are un cos φ egal cu 0,73 și o lampă fluorescentă - 0,5. Parametrul mașinii de sudură cu rezistență variază de la 0,8 la 0,9, cuptorul cu arc funcționează cu un cosinus φ egal cu 0,8. Tabelele, disponibile pentru aproape fiecare inginer șef de putere, conțin informații despre aproape toate tipurile de echipamente industriale, iar instalarea preliminară a compensării puterii reactive se poate face folosindu-le. Cu toate acestea, astfel de date servesc doar ca bază de la care trebuie făcute ajustări prin adăugarea sau îndepărtarea băncilor de condensatoare.

La nivel național

Se poate avea impresia că statul a încredințat fabricilor, fabricilor și altor întreprinderi industriale toate preocupările legate de parametrii rețelelor electrice și uniformitatea sarcinii asupra acestora. Acest lucru este greșit. Sistemul energetic al țării controlează schimbările de fază la scară națională și regională, chiar la ieșirea produsului său special din centralele electrice. O altă întrebare este că compensarea componentei reactive nu se realizează prin conectarea băncilor de condensatoare, ci printr-o altă metodă. Pentru a asigura calitatea energiei furnizate consumatorilor, curentul de polarizare în înfășurările rotorului este reglat, ceea ce nu este o problemă mare la generatoarele sincrone.

Putere instantanee p o secțiune arbitrară a circuitului, a cărei tensiune și curent variază conform legii u=U m sin( t), i = I m sin( t–), arata ca

p=ui=U m sin( t)eu m sin( t– )=U m eu m/2 =

=Ui cos - UI cos(2 t-) = (UI cos – UI cos cos2 t)– UI păcat păcat2 t. (1)

Puterea activă a circuitului de curent alternativ P definită ca puterea medie instantanee p(t) pentru perioada:

întrucât valoarea medie a funcției armonice în perioada este 0.

De aici rezultă că puterea medie pe o perioadă depinde de unghiul de fază dintre tensiune și curent și nu este egală cu zero dacă o secțiune a circuitului are rezistență activă. Acesta din urmă explică denumirea  putere activă. Să subliniem încă o dată că în rezistența activă are loc o conversie ireversibilă a energiei electrice în alte tipuri de energie, de exemplu în energie termică. Puterea activă poate fi definită ca rata medie de intrare a energiei într-o secțiune a unui circuit pe o perioadă. Puterea activă este măsurată în wați (W).

Putere reactivă

La calcularea circuitelor electrice, așa-numitele reactiv putere. Caracterizează procesele de schimb de energie între elementele reactive ale circuitului și sursele de energie și este numeric egal cu amplitudinea componentei variabile a puterii instantanee a circuitului. În conformitate cu aceasta, puterea reactivă poate fi determinată din (1) ca

Q = UI păcat.

În funcție de semnul unghiului , puterea reactivă poate fi pozitivă sau negativă. Unitatea de putere reactivă, pentru a o deosebi de unitatea de putere activă, se numește nu watt, ci reactiv volt-amperevar. Puterile reactive ale elementelor inductive și capacitive sunt egale cu amplitudinile puterilor lor instantanee p L și p C. Luând în considerare rezistențele acestor elemente, puterile reactive ale inductorului și condensatorului sunt egale Q L= UI=x L eu 2 și Q C= UI=x C eu 2, respectiv.

Puterea reactivă rezultată a unui circuit electric ramificat se găsește ca suma algebrică a puterilor reactive ale elementelor circuitului, ținând cont de natura lor (inductivă sau capacitivă): Q=Q L – Q S. Aici Q L este puterea reactivă totală a tuturor elementelor inductive ale circuitului și Q C reprezintă puterea reactivă totală a tuturor elementelor capacitive din circuit.

Putere maximă

Pe lângă puterile active și reactive, un circuit de curent sinusoidal este caracterizat de puterea totală, notat cu litera S. Puterea totală a unei secțiuni este înțeleasă ca putere activă maximă posibilă la o tensiune dată U si curent eu. Este evident că puterea activă maximă se obține la cos = 1, adică în absența unui defazaj între tensiune și curent:

S = UI

Necesitatea introducerii acestei puteri se explică prin faptul că la proiectarea dispozitivelor electrice, aparatelor, rețelelor etc., acestea sunt proiectate pentru o anumită tensiune nominală. U curent nominal nominal și definit eu nom și munca lor U nom eu nom = S nom oferă puterea maximă posibilă a acestui dispozitiv (puterea totală S nom este indicată în pașaportul majorității dispozitivelor electrice de curent alternativ.). Pentru a distinge puterea totală de alte puteri, unitatea sa de măsură se numește volt-amper și este abreviată ca VA. Puterea totală este numeric egală cu amplitudinea componentei variabile a puterii instantanee.

Din relațiile de mai sus puteți găsi relația dintre diferitele puteri:

P = S cos, Q= S păcat, S= UI=

și exprimă unghiul de fază prin puterea activă și reactivă:

Să luăm în considerare o tehnică simplă care vă permite să găsiți puterea activă și reactivă a unei secțiuni de circuit folosind tensiune și curent complexe. Constă în luarea produsului stresului complex si curent , curent conjugat complex secțiunea circuitului luată în considerare. Operația de conjugare complexă constă în schimbarea semnului în cel opus în fața părții imaginare a unui număr complex sau schimbarea semnului fazei unui număr complex dacă numărul este reprezentat în formă exponențială. Ca rezultat, obținem o cantitate numită putere completă integrată si este desemnat . Dacă
, atunci pentru puterea complexă totală obținem:

Din aceasta se poate observa că puterea activă și reactivă reprezintă părțile reale și, respectiv, imaginare ale puterii complexe totale. Pentru a facilita memorarea tuturor formulelor legate de capacități, în Fig. 7, b(p. 38) a fost construit un triunghi de putere.