Lý thuyết và các thuật ngữ cơ bản về tiết kiệm năng lượng. Điện năng hoạt động

Nguồn có thể hoạt động hoặc đầy đủ. Câu hỏi là, đầy đủ những gì? Tuy nhiên, họ nói, những gì có ích cho chúng ta, những gì có ích cho chúng ta, nhưng cũng... hóa ra đó không phải là tất cả. Ngoài ra còn có thành phần thứ hai, hóa ra là một loại trọng lượng bổ sung, và nó chỉ đơn giản là đốt cháy năng lượng. Nó sưởi ấm những gì không cần thiết, nhưng nó làm chúng ta không nóng cũng không lạnh.

Công suất này được gọi là công suất phản kháng. Nhưng kỳ lạ thay, chính chúng ta lại có lỗi. Hay đúng hơn là hệ thống sản xuất, truyền tải và tiêu thụ điện của chúng ta.

Công suất hoạt động, phản ứng và rõ ràng

Chúng tôi sử dụng điện bằng mạng AC. Điện áp trong mạng của chúng tôi dao động 50 lần mỗi giây từ giá trị tối thiểu đến giá trị tối đa. Nó đã xảy ra như vậy. Khi một máy phát điện được phát minh để chuyển đổi chuyển động cơ học thành điện năng, hóa ra là chuyển động vĩnh viễn, hay dịch từ tiếng Latin, chuyển động vĩnh viễn, là cách dễ dàng nhất để sắp xếp thành một vòng tròn. Bánh xe đã từng được phát minh ra, và kể từ đó chúng ta biết rằng nếu bạn treo nó trên một trục, bạn có thể quay nó trong một thời gian dài, nhưng nó sẽ vẫn ở nguyên một chỗ - trên trục.

Tại sao điện áp mạng của chúng tôi thay đổi?

Và một máy phát điện có một trục và một vật nào đó quay trên đó. Và kết quả là điện áp. Chỉ có máy phát điện bao gồm hai phần: quay, rôto và đứng yên, stato. Và cả hai đều tham gia vào việc tạo ra điện. Và khi một bộ phận quay xung quanh bộ phận khác thì tất yếu các điểm trên bề mặt của bộ phận quay sẽ tiến lại gần hoặc di chuyển ra xa các điểm của bề mặt đứng yên. Và vị trí khớp này chắc chắn chỉ được mô tả bằng một hàm toán học - một hình sin. Hình sin là hình chiếu của chuyển động quay theo đường tròn lên một trong các trục hình học. Nhưng nhiều trục như vậy có thể được xây dựng. Thông thường tọa độ của chúng tôi vuông góc với nhau. Và sau đó, khi một điểm nhất định quay theo một vòng tròn trên một trục, hình chiếu của chuyển động quay sẽ là một hình sin, còn mặt kia - một cosin, hoặc cùng một hình sin, chỉ dịch chuyển so với điểm đầu tiên một phần tư vòng quay, hoặc bằng 90°.

Đây giống như điện áp mà mạng điện cung cấp cho căn hộ của chúng ta.

Góc quay ở đây không chia thành 360 độ,
và 24 sư đoàn. Nghĩa là, một phép chia tương ứng với 15°
6 vạch chia = 90°

Vì vậy, điện áp trong mạng của chúng tôi là hình sin với tần số 50 hertz và biên độ 220 volt, vì việc chế tạo máy phát điện tạo ra điện áp xoay chiều sẽ thuận tiện hơn.

Lợi ích từ điện áp xoay chiều - lợi ích hệ thống

Và để làm cho điện áp không đổi, bạn cần phải làm thẳng nó một cách cụ thể. Và điều này có thể được thực hiện trực tiếp trong máy phát điện (được thiết kế đặc biệt - sau đó nó sẽ trở thành máy phát điện một chiều) hoặc sau đó. “Một ngày nào đó” này lại trở nên rất hữu ích vì điện áp xoay chiều có thể được chuyển đổi bằng máy biến áp - tăng hoặc giảm. Đây hóa ra là sự tiện lợi thứ hai của điện áp thay đổi. Và bằng cách tăng nó bằng máy biến áp đến điện áp TUYỆT VỜI (nửa triệu vôn trở lên), nó có thể được truyền qua những khoảng cách khổng lồ thông qua dây dẫn mà không bị tổn thất lớn. Và điều này cũng có ích ở đất nước rộng lớn của chúng ta.

Vì vậy, sau khi mang điện áp đến căn hộ của chúng tôi, hạ nó xuống giá trị có thể tưởng tượng được (mặc dù vẫn nguy hiểm) là 220 volt, họ lại quên chuyển nó thành hằng số. Và tại sao? Đèn vẫn sáng, tủ lạnh đang hoạt động, TV đang bật. Mặc dù TV có các điện áp không đổi/xoay chiều này... nhưng chúng ta không nói về điều đó ở đây.

Tổn thất điện áp xoay chiều

Và vì vậy chúng tôi sử dụng mạng điện áp xoay chiều.

Và nó chứa đựng “sự trả giá cho sự quên lãng” - phản ứng của mạng lưới tiêu dùng của chúng ta và công suất phản kháng của chúng. Phản ứng là điện trở của dòng điện xoay chiều. Và nguồn điện đơn giản đi qua các thiết bị điện tiêu thụ của chúng ta.

Dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra một điện trường xung quanh chúng. Một trường tĩnh điện thu hút điện tích từ mọi thứ xung quanh nguồn của trường, tức là dòng điện. Và sự thay đổi dòng điện cũng tạo ra một trường điện từ, trường này bắt đầu tạo ra dòng điện không tiếp xúc trong tất cả các dây dẫn xung quanh. Vì vậy, hình sin hiện tại của chúng ta, ngay khi chúng ta bật thứ gì đó, không chỉ là dòng điện mà còn là sự thay đổi liên tục của nó. Có rất nhiều dây dẫn xung quanh, bắt đầu từ vỏ kim loại của cùng một thiết bị điện, ống kim loại để cấp nước, sưởi ấm, thoát nước và kết thúc bằng các thanh gia cố trong tường và trần bê tông cốt thép. Đây là nơi điện đi vào. Ngay cả nước trong bồn cầu cũng tham gia vào trò vui chung - dòng điện cảm ứng cũng được tạo ra trong đó. Chúng tôi hoàn toàn không cần loại điện này; chúng tôi không hề “đặt hàng” nó. Nhưng nó cố gắng làm nóng những dây dẫn này, nghĩa là nó sẽ lấy đi điện từ mạng lưới căn hộ của chúng ta.

Để mô tả tỷ lệ công suất trong mạng AC của chúng ta, hãy vẽ một hình tam giác.

S là tổng công suất tiêu thụ của mạng chúng tôi,
P – công suất tác dụng hay còn gọi là tải tác dụng,
Q – công suất phản kháng.

Tổng công suất có thể được đo bằng watt kế và công suất tác dụng thu được bằng cách tính toán mạng của chúng tôi, trong đó chúng tôi chỉ tính đến các tải có ích cho chúng tôi. Đương nhiên, chúng ta bỏ qua điện trở của dây, coi chúng nhỏ so với điện trở hữu ích của các thiết bị điện.

Toàn bộ sức mạnh

S = U x I = U a x I f

Nghĩa là, góc nhọn này càng “ngu ngốc” thì mạng lưới tiêu thụ căn hộ nội bộ của chúng ta càng hoạt động kém - rất nhiều năng lượng bị thất thoát.

Công suất hoạt động, phản ứng và biểu kiến ​​là gì

Góc j cũng có thể được gọi là góc dịch pha giữa dòng điện và điện áp trong mạng của chúng ta. Dòng điện là kết quả của việc đặt điện áp ban đầu là 220 volt với tần số 50 hertz vào mạng của chúng tôi. Khi tải hoạt động, pha của dòng điện trùng với pha của điện áp trong đó. Và tải phản kháng dịch pha này theo góc này.

Trên thực tế, góc này đặc trưng cho mức độ hiệu quả trong việc tiêu thụ năng lượng của chúng ta. Và chúng ta phải cố gắng giảm thiểu nó. Khi đó S sẽ tiếp cận P.

Nó chỉ thuận tiện hơn khi vận hành không phải với góc mà với cosin của góc. Đây chính xác là tỷ lệ của hai sức mạnh:

Cosin của một góc tiến tới 1 khi góc đó tiến tới 0. Nghĩa là, góc j càng sắc nét thì mạng tiêu thụ điện càng hoạt động tốt và hiệu quả hơn. Trong thực tế, nếu bạn đạt được giá trị cosine phi (và nó có thể được biểu thị bằng phần trăm) ở mức 70–90%, thì điều này đã được coi là tốt.

Một mối quan hệ khác kết nối công suất tác dụng và công suất phản kháng thường được sử dụng:

Từ sơ đồ dòng điện và điện áp, bạn có thể tìm thấy các biểu thức cho công suất: tác dụng, phản kháng và tổng.

Nếu công suất tác dụng quen thuộc hơn được đo bằng watt thì tổng công suất được đo bằng volt-ampe (var). Một watt từ một var có thể được tính bằng cách nhân với cosin phi.

công suất phản kháng là gì

Công suất phản kháng có thể là cảm ứng hoặc điện dung. Chúng hoạt động khác nhau trong một mạch điện. Ở dòng điện một chiều, độ tự cảm chỉ đơn giản là một đoạn dây có điện trở rất nhỏ. Một tụ điện có điện áp không đổi chỉ là một mạch hở.

Và khi chúng ta kết nối chúng với mạch điện, đặt điện áp vào chúng, trong quá trình chuyển đổi chúng cũng hoạt động hoàn toàn ngược lại. Tụ điện được tích điện và dòng điện thu được ban đầu lớn, sau đó, khi quá trình sạc tiếp tục, dòng điện nhỏ và giảm về 0.

Trong một cuộn dây tự cảm, một cuộn dây có dây, từ trường sinh ra sau khi bật ngay từ đầu sẽ cản trở mạnh mẽ sự đi qua của dòng điện và ban đầu nó nhỏ, sau đó tăng đến giá trị đứng yên, được xác định bởi các phần tử hoạt động của mạch.

Do đó, tụ điện góp phần làm thay đổi dòng điện trong mạch, trong khi cuộn cảm ngăn cản sự thay đổi dòng điện.

Các thành phần cảm ứng và điện dung của điện trở mạng

Do đó, các phần tử phản ứng có các loại điện trở riêng - điện dung và điện cảm. Điều này liên quan đến tổng điện trở, bao gồm các thành phần hoạt tính và phản ứng, theo công thức sau:

Z - tổng điện trở,

R - sức đề kháng tích cực,

X - phản ứng.

Đổi lại, phản ứng bao gồm hai phần:

X L – cảm ứng và X C – điện dung.

Từ đó, chúng ta thấy rằng sự đóng góp của chúng cho thành phần phản ứng là khác nhau.

Mọi thứ mang tính cảm ứng trong mạng đều làm tăng điện trở của mạng, mọi thứ có điện dung trong mạng đều làm giảm điện kháng.

Đồ điện ảnh hưởng đến chất lượng tiêu dùng

Nếu tất cả các thiết bị trong mạng của chúng tôi đều giống như bóng đèn, tức là chúng hoàn toàn là tải hoạt động thì sẽ không có vấn đề gì. Nếu có một mạng tiêu dùng đang hoạt động, một tải hoạt động liên tục và như người ta nói, trong một trường mở - không có gì xung quanh, thì mọi thứ sẽ dễ dàng được tính toán theo định luật Ohm và Kirchhoff, và điều đó sẽ công bằng - càng nhiều càng tốt khi bạn tiêu thụ, bạn đã trả bao nhiêu. Nhưng xung quanh chúng ta có một “cơ sở hạ tầng” dẫn điện bí ẩn và trong bản thân mạng có rất nhiều điện dung và điện cảm không được tính đến, ngoài những gì hữu ích cho chúng ta, chúng ta còn nhận được một tải phản kháng không cần thiết đối với chúng ta.

Làm thế nào để thoát khỏi nó? Khi mạng lưới tiêu thụ điện đã được hình thành, có thể thực hiện các biện pháp để giảm thành phần phản kháng. Sự bù trừ dựa trên sự “đối kháng” của điện cảm và điện dung.

Nghĩa là, trong mạng hiện có, bạn nên đo lường các thành phần của nó và sau đó đưa ra mức đền bù.

Hiệu quả đặc biệt tốt từ các biện pháp như vậy đạt được trong các mạng lưới tiêu dùng lớn. Ví dụ, ở cấp độ một xưởng sản xuất với số lượng lớn thiết bị hoạt động liên tục.

Để bù cho thành phần phản kháng, các bộ bù công suất phản kháng đặc biệt (RPC) được sử dụng, có chứa các tụ điện trong thiết kế của chúng giúp thay đổi tổng độ dịch pha trong mạng tốt hơn.

Việc sử dụng động cơ xoay chiều đồng bộ trong mạng cũng được khuyến khích vì chúng có thể bù công suất phản kháng. Nguyên tắc rất đơn giản: trong mạng, chúng có thể hoạt động ở chế độ động cơ và khi quan sát thấy “tắc nghẽn” điện trong quá trình chuyển pha (ngôn ngữ không còn tìm thấy từ nào khác), chúng có thể bù đắp điều này bằng cách “ ánh trăng” trong mạng ở chế độ máy phát điện.

Đối với các kỹ sư điện tại các doanh nghiệp, trung tâm mua sắm lớn, không còn nghi ngờ gì về sự tồn tại của năng lượng phản kháng. Hóa đơn hàng tháng và tiền thật được dùng để thanh toán điện phản ứng, thuyết phục về thực tế tồn tại của nó. Nhưng một số kỹ sư điện nghiêm túc, bằng các tính toán toán học, đã chứng minh rằng loại điện này là hư cấu, rằng việc phân chia năng lượng điện thành thành phần tác dụng và phản ứng là giả tạo.

Chúng ta hãy thử tìm hiểu vấn đề này, đặc biệt là khi những người sáng tạo đang suy đoán về sự thiếu hiểu biết về sự khác biệt giữa các loại điện khác nhau. Hứa hẹn tỷ lệ phần trăm rất lớn, họ vô tình hoặc cố ý thay thế một loại năng lượng điện này bằng một loại năng lượng điện khác.

Hãy bắt đầu với các khái niệm về điện hoạt động và phản ứng. Không cần đi sâu vào các công thức kỹ thuật điện, chúng ta có thể xác định năng lượng hoạt động là năng lượng hoạt động: hâm nóng thức ăn trên bếp điện, chiếu sáng căn phòng của bạn, làm mát không khí bằng máy điều hòa. Và điện phản kháng tạo ra những điều kiện cần thiết để thực hiện công việc đó. Sẽ không có năng lượng phản ứng, động cơ không quay được, tủ lạnh không hoạt động. Điện áp 220 Volt sẽ không được cung cấp cho cơ sở của bạn, vì không một máy biến áp điện nào hoạt động mà không tiêu thụ điện phản kháng.

Nếu quan sát đồng thời tín hiệu dòng điện và điện áp trên máy hiện sóng thì hai đường sin này luôn có độ dịch chuyển tương đối với nhau một lượng gọi là góc pha. Sự dịch chuyển này đặc trưng cho sự đóng góp của năng lượng phản kháng vào tổng năng lượng tiêu thụ của phụ tải. Bằng cách chỉ đo dòng điện trong tải, không thể tách biệt phần năng lượng phản kháng.

Xét rằng năng lượng phản ứng không sinh công nên nó có thể được tạo ra ở điểm tiêu thụ. Tụ điện được sử dụng cho việc này. Thực tế là cuộn dây và tụ điện tiêu thụ các loại năng lượng phản ứng khác nhau: cảm ứng và điện dung, tương ứng. Họ dịch chuyển đường cong dòng điện và điện áp theo hướng ngược nhau.

Do những hoàn cảnh này tụ điện có thể được coi là vật tiêu thụ năng lượng điện dung hoặc máy phát năng lượng cảm ứng.Đối với động cơ tiêu thụ năng lượng cảm ứng, một tụ điện gần đó có thể trở thành nguồn của nó. Khả năng đảo ngược như vậy chỉ có thể thực hiện được đối với các phần tử phản kháng của mạch không thực hiện công. Đối với năng lượng hoạt động, khả năng thuận nghịch như vậy không tồn tại: việc tạo ra nó gắn liền với mức tiêu thụ nhiên liệu. Suy cho cùng, trước khi có thể hoàn thành công việc, năng lượng phải được tiêu hao.

Trong điều kiện trong nước, các tổ chức truyền tải điện không tính phí năng lượng phản kháng và đồng hồ đo điện trong gia đình chỉ tính thành phần hoạt động của năng lượng điện. Tình hình hoàn toàn khác ở các doanh nghiệp lớn: một số lượng lớn động cơ điện, máy hàn và máy biến áp, hoạt động đòi hỏi năng lượng phản kháng, tạo thêm tải cho đường dây điện. Đồng thời, tổn thất dòng điện và nhiệt của năng lượng hoạt động tăng lên.

Trong những trường hợp này, mức tiêu thụ năng lượng phản ứng được tính bằng đồng hồ và được thanh toán riêng. Chi phí điện phản kháng thấp hơn chi phí điện tác dụng, nhưng đối với khối lượng tiêu thụ lớn, khoản thanh toán có thể rất đáng kể. Ngoài ra, phạt tiền được áp dụng đối với việc tiêu thụ năng lượng phản ứng vượt quá giá trị quy định. Do đó, việc các doanh nghiệp như vậy tạo ra năng lượng đó tại nơi tiêu thụ sẽ mang lại lợi nhuận kinh tế.

Đối với điều này, các tụ điện riêng lẻ hoặc bộ bù tự động được sử dụng để theo dõi lượng tiêu thụ và kết nối hoặc ngắt kết nối các dàn tụ điện. Hiện đại hệ thống bồi thường cho phép bạn giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng phản ứng từ mạng bên ngoài.

Quay trở lại câu hỏi ở tiêu đề bài viết, chúng ta có thể trả lời là khẳng định. Năng lượng phản ứng tồn tại. Không có nó, hoạt động lắp đặt điện trong đó từ trường được tạo ra là không thể. Tuy nhiên, không thực hiện công nhìn thấy, nó vẫn là điều kiện cần thiết để thực hiện công được thực hiện bởi năng lượng điện tích cực.

TỔNG CÔNG SUẤT, HOẠT ĐỘNG VÀ PHẢN ỨNG LÀ GÌ? TỪ PHỨC HỢP ĐẾN ĐƠN GIẢN.

Trong cuộc sống hàng ngày, hầu như ai cũng bắt gặp khái niệm “điện năng”, “điện năng tiêu thụ” hay “thứ này tiêu thụ bao nhiêu điện năng”. Trong bộ sưu tập này, chúng tôi sẽ giải thích khái niệm năng lượng điện xoay chiều cho các chuyên gia am hiểu về kỹ thuật và hiển thị bằng hình ảnh năng lượng điện dưới dạng “thứ này tiêu thụ bao nhiêu điện” đối với những người có tư duy nhân đạo :-). Chúng tôi tiết lộ khái niệm thực tế và có thể áp dụng nhất về năng lượng điện và cố tình tránh mô tả các biểu thức vi phân của năng lượng điện.

NGUỒN AC LÀ GÌ?

Trong mạch điện xoay chiều, công thức tính công suất DC chỉ có thể được sử dụng để tính công suất tức thời, công suất này thay đổi rất nhiều theo thời gian và vô dụng trong tính toán thực tế. Tính toán trực tiếp công suất trung bình đòi hỏi phải tích hợp theo thời gian. Để tính công suất trong các mạch có điện áp và dòng điện thay đổi định kỳ, công suất trung bình có thể được tính bằng cách tích phân công suất tức thời trong khoảng thời gian đó. Trong thực tế, tầm quan trọng lớn nhất là tính toán công suất trong các mạch có điện áp và dòng điện xoay chiều hình sin.

Để kết nối các khái niệm về tổng công suất, công suất tác dụng, công suất phản kháng và hệ số công suất, thuận tiện chuyển sang lý thuyết số phức. Chúng ta có thể giả sử rằng công suất trong mạch điện xoay chiều được biểu thị bằng một số phức sao cho công suất tác dụng là phần thực của nó, công suất phản kháng là phần ảo, công suất biểu kiến ​​là mô đun và góc φ (độ lệch pha) là lý lẽ. Đối với một mô hình như vậy, tất cả các mối quan hệ được viết dưới đây đều đúng.

Công suất hoạt động (Real Power)

Đơn vị đo là watt (ký hiệu tiếng Nga: W, kilowatt - kW; quốc tế: watt -W, ​​​​kilowatt - kW).

Giá trị trung bình của công suất tức thời trong khoảng thời gian T được gọi là công suất tác dụng, và

được thể hiện bằng công thức:

Trong mạch dòng điện hình sin một pha, trong đó υ và Ι là giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện, còn φ là góc lệch pha giữa chúng.

Đối với mạch dòng điện không hình sin, công suất điện bằng tổng công suất trung bình tương ứng của các sóng hài riêng lẻ. Công suất tác dụng đặc trưng cho tốc độ chuyển đổi không thuận nghịch của năng lượng điện thành các dạng năng lượng khác (nhiệt và điện từ). Công suất tác dụng cũng có thể được biểu thị dưới dạng dòng điện, điện áp và thành phần tác dụng của điện trở mạch r hoặc độ dẫn điện g của nó theo công thức. Trong bất kỳ mạch điện nào có cả dòng điện hình sin và không hình sin, công suất tác dụng của toàn mạch bằng tổng công suất tác dụng của các phần riêng lẻ của mạch điện, đối với mạch ba pha, công suất điện được định nghĩa là tổng công suất của các pha riêng lẻ. Với tổng công suất S, công suất tích cực có liên quan bởi mối quan hệ.

Trong lý thuyết về đường dây dài (phân tích các quá trình điện từ trong đường truyền, chiều dài của nó tương đương với chiều dài của sóng điện từ), một dạng tương tự hoàn toàn của công suất tác dụng là công suất truyền, được định nghĩa là sự khác biệt giữa sự cố công suất và công suất phản xạ.

Công suất phản kháng

Đơn vị đo là vôn-ampe phản kháng (ký hiệu tiếng Nga: var, kVAR; quốc tế: var).

Công suất phản kháng là đại lượng đặc trưng cho tải được tạo ra trong các thiết bị điện do sự dao động năng lượng của trường điện từ trong mạch điện xoay chiều hình sin, bằng tích của các giá trị rms của điện áp U và dòng điện I, nhân với sin của góc pha φ giữa chúng:

(nếu dòng điện trễ hơn điện áp thì độ lệch pha được coi là dương, nếu dẫn thì là âm). Công suất phản kháng liên hệ với công suất tổng S và công suất tác dụng P theo tỷ lệ: .

Ý nghĩa vật lý của công suất phản kháng là năng lượng được bơm từ nguồn đến các phần tử phản kháng của máy thu (cuộn cảm, tụ điện, cuộn dây động cơ), sau đó được các phần tử này trả về nguồn trong một chu kỳ dao động, được gọi là giai đoạn này.

Cần lưu ý rằng giá trị sin φ đối với các giá trị φ từ 0 đến cộng 90° là giá trị dương. Giá trị sin φ đối với các giá trị φ từ 0 đến âm 90° là giá trị âm. Theo công thức

công suất phản kháng có thể là giá trị dương (nếu tải có bản chất là điện cảm tích cực) hoặc âm (nếu tải có bản chất là điện dung tích cực). Tình huống này nhấn mạnh thực tế là công suất phản kháng không tham gia vào hoạt động của dòng điện. Khi thiết bị có công suất phản kháng dương thì người ta thường nói là tiêu thụ, khi thiết bị tạo ra công suất âm thì nó tạo ra, nhưng đây hoàn toàn chỉ là quy ước vì hầu hết các thiết bị tiêu thụ điện năng (ví dụ: động cơ không đồng bộ) ), cũng như các tải tác dụng thuần túy, được kết nối thông qua máy biến áp, có tính chất cảm ứng tích cực.

Việc sử dụng các đầu dò đo điện hiện đại trên công nghệ vi xử lý cho phép đánh giá chính xác hơn lượng năng lượng được phản hồi từ tải điện cảm và điện dung về nguồn điện áp xoay chiều.

Công suất có thể là giá trị dương (nếu tải có bản chất là điện cảm tích cực) hoặc âm (nếu tải có bản chất là điện dung hoạt động). Tình huống này nhấn mạnh thực tế là công suất phản kháng không tham gia vào hoạt động của dòng điện. Khi thiết bị có công suất phản kháng dương thì người ta thường nói là tiêu thụ, khi thiết bị tạo ra công suất âm thì nó tạo ra, nhưng đây hoàn toàn chỉ là quy ước vì hầu hết các thiết bị tiêu thụ điện năng (ví dụ: động cơ không đồng bộ) ), cũng như các tải tác dụng thuần túy, được kết nối thông qua máy biến áp, có tính chất cảm ứng tích cực.

Máy phát điện đồng bộ lắp đặt trong các nhà máy điện có thể vừa sản xuất vừa tiêu thụ công suất phản kháng tùy thuộc vào độ lớn dòng điện kích thích chạy trong cuộn dây rôto máy phát điện. Do tính năng này của máy điện đồng bộ, mức điện áp mạng quy định được điều chỉnh. Để loại bỏ tình trạng quá tải và tăng hệ số công suất của hệ thống điện, việc bù công suất phản kháng được thực hiện.

Việc sử dụng các đầu dò đo điện hiện đại trên công nghệ vi xử lý cho phép đánh giá chính xác hơn lượng năng lượng được phản hồi từ tải điện cảm và điện dung về nguồn điện áp xoay chiều

Sức mạnh biểu kiến

Đơn vị của tổng công suất điện là vôn-ampe (ký hiệu tiếng Nga: VA, VA, kVA-kilo-volt-ampere; quốc tế: VA, kVA).

Tổng công suất là giá trị bằng tích của các giá trị hiệu dụng của dòng điện định kỳ I trong mạch và điện áp U ở các cực của nó: ; Tỷ số giữa tổng công suất có công suất tác dụng và công suất phản kháng được biểu thị như sau: trong đó P là công suất tác dụng, Q là công suất phản kháng (với tải cảm ứng Q>0 và với tải điện dung Q‹0).

Mối quan hệ vectơ giữa tổng công suất, công suất tác dụng và công suất phản kháng được biểu thị bằng công thức:

Tổng công suất có ý nghĩa thực tế như một giá trị mô tả các tải thực tế do người tiêu dùng áp đặt lên các thành phần của mạng lưới cung cấp (dây, cáp, bảng phân phối, máy biến áp, đường dây điện), vì các tải này phụ thuộc vào dòng điện tiêu thụ chứ không phụ thuộc vào năng lượng thực sự được sử dụng bởi người tiêu dùng. Đây là lý do tại sao tổng công suất của máy biến áp và bảng phân phối được đo bằng volt-ampe thay vì watt.

Tất cả các mô tả theo công thức và văn bản ở trên về tổng công suất, công suất phản kháng và công suất tác dụng đều rõ ràng một cách trực quan và trực quan trong hình sau :-)

Các chuyên gia của công ty thuộc tập đoàn NTS (TM Elektrokaprizam-NET) có nhiều kinh nghiệm trong việc lựa chọn thiết bị chuyên dụng cho hệ thống tòa nhà nhằm cung cấp các cơ sở quan trọng với nguồn điện liên tục. Chúng tôi có thể tính đến nhiều thông số điện và vận hành một cách hiệu quả nhất có thể, cho phép chúng tôi chọn phương án khả thi về mặt kinh tế để xây dựng hệ thống cung cấp điện liên tục sử dụng nhà máy điện nhiên liệu và các thiết bị liên quan khác.

© Tài liệu được chuẩn bị bởi các chuyên gia của công ty thuộc tập đoàn NTS (TM Elektrokaprizam-NET) bằng cách sử dụng thông tin từ các nguồn mở, bao gồm. từ bách khoa toàn thư miễn phí Wikipedia https://ru.wikipedia.org

Các căn hộ và nhà riêng có một đồng hồ điện dùng để tính toán năng lượng tiêu thụ. Người ta tin đơn giản rằng chỉ thành phần hoạt động của nó được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày, mặc dù điều này không hoàn toàn đúng. Những ngôi nhà hiện đại có đầy đủ các thiết bị có mạch chứa các phần tử chuyển pha. Tuy nhiên, công suất phản kháng tiêu thụ của các thiết bị gia dụng nhỏ hơn rất nhiều so với các doanh nghiệp công nghiệp nên theo truyền thống, nó thường bị bỏ qua khi tính toán các khoản thanh toán.

Tải cảm ứng và điện dung

Nếu bạn sử dụng một thiết bị sưởi ấm hoặc bóng đèn thông thường, thì nguồn điện ghi trong dòng chữ tương ứng trên bóng đèn hoặc bảng tên sẽ tương ứng với tích của dòng điện chạy qua thiết bị này và điện áp mạng (đối với chúng tôi là 220 Volts). Tình huống sẽ thay đổi nếu thiết bị chứa máy biến áp, các bộ phận khác chứa tụ điện. Những bộ phận này có các tính chất đặc biệt; đồ thị dòng điện chạy trong chúng chậm hơn hoặc tiến lên hình sin của điện áp nguồn - nói cách khác, xảy ra sự lệch pha. Tải điện dung lý tưởng sẽ dịch chuyển vectơ -90 độ và tải cảm ứng sẽ dịch chuyển vectơ +90 độ. Công suất trong trường hợp này không chỉ là kết quả của tích của dòng điện và điện áp; Điều này dẫn đến điều gì?

Phản ánh hình học của quá trình

Từ khóa học hình học ở trường, mọi người đều biết rằng cạnh huyền dài hơn bất kỳ cạnh nào trong một tam giác vuông. Nếu công suất tác dụng, công suất phản kháng và biểu kiến ​​tạo thành các cạnh của nó thì dòng điện tiêu thụ bởi cuộn dây và tụ điện sẽ vuông góc với thành phần điện trở, nhưng có hướng ngược chiều nhau. Khi cộng (hoặc trừ, nếu bạn thích, chúng trái dấu) các đại lượng, vectơ tổng, tức là tổng công suất phản kháng, tùy thuộc vào đặc tính của tải chiếm ưu thế trong mạch, sẽ hướng lên hoặc xuống. Bằng hướng của nó, người ta có thể đánh giá đặc tính nào của tải trọng chiếm ưu thế.

Công suất phản kháng khi được bổ sung theo vectơ với thành phần hoạt động sẽ cho ra toàn bộ lượng điện năng tiêu thụ. Nó được mô tả bằng đồ họa như là cạnh huyền của tam giác sức mạnh. Đường này càng phẳng so với trục x thì càng tốt.

cosin phi

Lý thuyết và thực hành

Tất cả các tính toán lý thuyết đều có giá trị lớn hơn khi chúng được áp dụng nhiều hơn trong thực tế. Bức tranh ở bất kỳ doanh nghiệp công nghiệp phát triển nào như sau: phần lớn điện năng được tiêu thụ bởi động cơ (đồng bộ, không đồng bộ, một pha, ba pha) và các máy khác. Nhưng cũng có máy biến áp. Kết luận rất đơn giản: trong điều kiện sản xuất thực tế, công suất phản kháng cảm ứng chiếm ưu thế. Cần lưu ý rằng các doanh nghiệp lắp đặt không phải một đồng hồ điện như ở nhà và chung cư mà là hai đồng hồ, một đồng hồ đang hoạt động và đồng hồ kia - rất dễ đoán là đồng hồ nào. Và các cơ quan hữu quan đã phạt không thương tiếc hành vi tiêu thụ quá nhiều năng lượng “truyền” qua đường dây điện một cách vô ích, vì vậy chính quyền cực kỳ quan tâm đến việc tính toán công suất phản kháng và thực hiện các biện pháp để giảm thiểu nó. Rõ ràng là không thể giải quyết vấn đề này nếu không có điện dung.

Bồi thường theo lý thuyết

Việc tính toán được thực hiện bằng công thức:

• C = 1 / (2πFX), trong đó X là tổng điện trở của tất cả các thiết bị được kết nối với mạng; F - tần số điện áp cung cấp (chúng ta có 50 Hz);

Có vẻ như - điều gì có thể đơn giản hơn? Nhân “X” và “pi” với 50 rồi chia. Tuy nhiên, mọi thứ có phần phức tạp hơn.

Còn trong thực tế thì sao?

Công thức không phức tạp nhưng việc xác định và tính X không dễ dàng như vậy. Để làm điều này, bạn cần lấy tất cả dữ liệu về các thiết bị, tìm ra phản ứng của chúng và ở dạng vectơ, sau đó... Trên thực tế, không ai làm được điều này, ngoại trừ những sinh viên đang làm việc trong phòng thí nghiệm.

Công suất phản kháng có thể được xác định theo cách khác, sử dụng một thiết bị đặc biệt - máy đo pha, biểu thị cosin phi hoặc bằng cách so sánh số đọc của oát kế, ampe kế và vôn kế.

Vấn đề trở nên phức tạp bởi thực tế là trong điều kiện của quy trình sản xuất thực tế, giá trị tải liên tục thay đổi, do một số máy được bật trong khi vận hành, trong khi những máy khác thì ngược lại, bị ngắt kết nối mạng, theo yêu cầu của quy định công nghệ. . Theo đó, các biện pháp liên tục để theo dõi tình hình là cần thiết. Trong ca đêm, đèn chiếu sáng; vào mùa đông, không khí trong xưởng có thể được sưởi ấm, và vào mùa hè, có thể làm mát. Bằng cách này hay cách khác, việc bù công suất phản kháng được thực hiện trên cơ sở tính toán lý thuyết với phần lớn các phép đo thực tế cos φ.

Đấu nối và ngắt kết nối tụ điện

Cách đơn giản và rõ ràng nhất để giải quyết vấn đề là bố trí một công nhân đặc biệt gần máy đo pha, người này sẽ bật hoặc tắt số lượng tụ điện cần thiết, đạt được độ lệch tối thiểu của kim so với sự thống nhất. Đây là những gì họ đã làm lúc đầu, nhưng thực tế đã chỉ ra rằng yếu tố con người khét tiếng không phải lúc nào cũng cho phép người ta đạt được hiệu quả như mong muốn. Trong mọi trường hợp, việc bù công suất phản kháng, thường có tính chất cảm ứng nhất, được thực hiện bằng cách kết nối một tụ điện có kích thước phù hợp, nhưng tốt hơn là nên thực hiện việc này ở chế độ tự động, nếu không nhân viên bất cẩn có thể phải chịu thiệt hại. doanh nghiệp bị phạt nặng. Một lần nữa, công việc này không thể được gọi là có kỹ năng; nó khá dễ dàng để tự động hóa. Mạch đơn giản nhất bao gồm một cặp electron quang học của bộ phát ánh sáng và bộ thu ánh sáng. Mũi tên đã vượt qua giá trị tối thiểu nghĩa là bạn cần bổ sung dung lượng.

Tự động hóa và các thuật toán thông minh

Hiện nay, có những hệ thống cho phép bạn giữ cos φ trong khoảng từ 0,9 đến 1 một cách đáng tin cậy. Vì các tụ điện được kết nối rời rạc trong chúng nên không thể đạt được kết quả lý tưởng, nhưng hiệu quả kinh tế của bộ bù công suất phản kháng tự động vẫn mang lại một cái rất tốt. Hoạt động của thiết bị này dựa trên các thuật toán thông minh đảm bảo hoạt động ngay sau khi bật, thường xuyên nhất ngay cả khi không có cài đặt bổ sung. Những tiến bộ công nghệ trong công nghệ máy tính giúp có thể đạt được kết nối thống nhất ở tất cả các giai đoạn của dàn tụ điện nhằm tránh hỏng hóc sớm một hoặc hai giai đoạn trong số đó. Thời gian đáp ứng cũng được giảm thiểu và các cuộn cảm bổ sung làm giảm mức độ sụt áp trong quá trình chuyển tiếp. Nhà máy điện hiện đại có cách bố trí công thái học phù hợp, tạo điều kiện cho người vận hành nhanh chóng đánh giá tình hình, khi xảy ra tai nạn hoặc sự cố sẽ nhận được tín hiệu báo động ngay lập tức. Giá của một chiếc tủ như vậy là đáng kể nhưng đáng để bỏ tiền ra, nó mang lại lợi ích.

Thiết bị bù

Bộ bù hệ số công suất thông thường là một tủ kim loại có kích thước tiêu chuẩn với bảng điều khiển và giám sát ở mặt trước, thường có thể mở được. Ở dưới cùng của nó có bộ tụ điện (pin). Sự sắp xếp này là do cân nhắc đơn giản: các thùng chứa điện khá nặng và việc cố gắng làm cho kết cấu ổn định hơn là khá hợp lý. Ở phần trên, ngang tầm mắt của người vận hành, có các thiết bị điều khiển cần thiết, bao gồm cả đèn báo pha, nhờ đó bạn có thể đánh giá giá trị của hệ số công suất. Ngoài ra còn có nhiều chỉ báo khác nhau, bao gồm cả chỉ báo khẩn cấp, điều khiển (bật và tắt, chuyển sang chế độ thủ công, v.v.). Việc so sánh số đọc từ các cảm biến đo và sự phát triển của các hành động điều khiển (kết nối tụ điện có giá trị yêu cầu) được đánh giá bằng mạch dựa trên bộ vi xử lý. Thiết bị truyền động hoạt động nhanh chóng và yên tĩnh; chúng thường được chế tạo trên các thyristor mạnh mẽ.

Tính toán gần đúng của dàn tụ điện

Trong các doanh nghiệp tương đối nhỏ, công suất phản kháng của mạch có thể được ước tính gần đúng bằng số lượng thiết bị được kết nối, có tính đến đặc tính chuyển pha của chúng. Do đó, một động cơ điện không đồng bộ thông thường (“công nhân chăm chỉ” chính của các nhà máy, xí nghiệp) có tải bằng một nửa thì có cos φ bằng 0,73 và đèn huỳnh quang - 0,5. Thông số máy hàn điện trở dao động từ 0,8 đến 0,9, lò hồ quang hoạt động với hệ số cosin φ bằng 0,8. Các bảng này có sẵn cho hầu hết mọi kỹ sư trưởng về điện, chứa thông tin về hầu hết các loại thiết bị công nghiệp và việc lắp đặt sơ bộ bù công suất phản kháng có thể được thực hiện bằng cách sử dụng chúng. Tuy nhiên, dữ liệu đó chỉ làm cơ sở để thực hiện điều chỉnh bằng cách thêm hoặc bớt dàn tụ điện.

Toàn quốc

Người ta có thể có ấn tượng rằng nhà nước đã giao phó mọi mối quan tâm về các thông số của mạng điện và tính đồng nhất của phụ tải lên chúng cho các nhà máy, xí nghiệp và các doanh nghiệp công nghiệp khác. Cái này sai. Hệ thống năng lượng của đất nước kiểm soát sự chuyển pha trên quy mô quốc gia và khu vực, ngay tại đầu ra sản phẩm đặc biệt của mình từ các nhà máy điện. Một câu hỏi khác là việc bù cho thành phần phản kháng được thực hiện không phải bằng cách kết nối các dàn tụ điện mà bằng một phương pháp khác. Để đảm bảo chất lượng năng lượng cung cấp cho người tiêu dùng, dòng điện phân cực trong cuộn dây rôto được điều chỉnh, đây không phải là vấn đề lớn ở máy phát điện đồng bộ.

Sức mạnh tức thời P phần tùy ý của mạch điện, điện áp và dòng điện thay đổi theo định luật bạn=bạn tôi tội lỗi( t), tôi = tôi tôi tội lỗi( t-), giống như

p=ui=U tôi tội lỗi( t)TÔI tôi tội lỗi( t- )= bạn tôi TÔI m/2 =

= bạnTôi cos - Giao diện người dùng cos(2 t-) = (giao diện người dùng cos – giao diện người dùng cos cos2 t)- Giao diện người dùng tội lỗi tội lỗi2 t. (1)

Công suất tác dụng của mạch điện xoay chiều Pđược định nghĩa là công suất tức thời trung bình P(t) trong khoảng thời gian:

vì giá trị trung bình của hàm điều hòa trong khoảng thời gian là 0.

Từ đó suy ra rằng công suất trung bình trong một khoảng thời gian phụ thuộc vào góc pha giữa điện áp và dòng điện và không bằng 0 nếu một đoạn mạch có điện trở hoạt động. Cái sau giải thích tên của nó  điện năng hoạt động. Chúng ta hãy nhấn mạnh một lần nữa rằng trong điện trở chủ động có sự chuyển đổi không thể đảo ngược của năng lượng điện thành các loại năng lượng khác, ví dụ thành năng lượng nhiệt. Công suất tác dụng có thể được định nghĩa là tốc độ trung bình của năng lượng đầu vào vào một phần của mạch trong một khoảng thời gian. Công suất hoạt động được đo bằng watt (W).

Công suất phản kháng

Khi tính toán mạch điện, cái gọi là hồi đáp nhanh quyền lực. Nó đặc trưng cho các quá trình trao đổi năng lượng giữa các phần tử phản kháng của mạch và nguồn năng lượng và bằng số với biên độ của thành phần thay đổi của công suất tức thời của mạch. Theo đó, công suất phản kháng có thể được xác định từ (1) là

Q = giao diện người dùng tội lỗi.

Tùy theo dấu của góc  mà công suất phản kháng có thể dương hoặc âm. Đơn vị của công suất phản kháng, để phân biệt với đơn vị của công suất tác dụng, không được gọi là oát mà là vôn-ampe phản khángvar. Công suất phản kháng của các phần tử cảm ứng và điện dung bằng biên độ công suất tức thời của chúng PĐất P C. Có tính đến điện trở của các phần tử này thì công suất phản kháng của cuộn cảm và tụ điện bằng nhau Q L= giao diện người dùng=x L TÔI 2 và Q C= giao diện người dùng=x C TÔI 2, tương ứng.

Công suất phản kháng thu được của mạch điện phân nhánh được tính bằng tổng đại số của công suất phản kháng của các phần tử mạch, có tính đến bản chất của chúng (cảm ứng hoặc điện dung): Q=Q L – Q S. Đây Q L là tổng công suất phản kháng của tất cả các phần tử cảm ứng trong mạch, và Q C đại diện cho tổng công suất phản kháng của tất cả các phần tử điện dung trong mạch.

Toàn bộ sức mạnh

Ngoài công suất tác dụng và công suất phản kháng, mạch dòng điện hình sin còn được đặc trưng bởi công suất tổng, ký hiệu bằng chữ S. Tổng công suất của một phần được hiểu là công suất tác dụng tối đa có thể có ở một điện áp nhất định bạn và hiện tại TÔI. Rõ ràng là công suất tác dụng cực đại đạt được ở cos = 1, tức là khi không có sự lệch pha giữa điện áp và dòng điện:

S = giao diện người dùng

Sự cần thiết phải giới thiệu nguồn điện này được giải thích là do khi thiết kế các thiết bị điện, thiết bị, mạng, v.v., chúng được thiết kế cho một điện áp định mức nhất định. bạn dòng định mức định mức và xác định TÔI nom và công việc của họ bạn danh nghĩa TÔI nom = S nom cung cấp công suất tối đa có thể có của một thiết bị nhất định (tổng công suất S nom được chỉ định trong bảng dữ liệu của hầu hết các thiết bị điện xoay chiều.). Để phân biệt công suất tổng với các công suất khác, đơn vị đo của nó được gọi là vôn-ampe và viết tắt là VA. Tổng công suất bằng số với biên độ của thành phần thay đổi của công suất tức thời.

Từ các mối quan hệ trên, bạn có thể tìm thấy mối quan hệ giữa các quyền hạn khác nhau:

P = S cos, Q= S tội lỗi, S= giao diện người dùng=

và biểu thị góc pha thông qua công suất tác dụng và công suất phản kháng:

.

Hãy xem xét một kỹ thuật đơn giản cho phép bạn tìm công suất tác dụng và công suất phản kháng của một phần mạch sử dụng điện áp và dòng điện phức tạp. Nó bao gồm việc lấy tích của ứng suất phức tạp và hiện tại , dòng liên hợp phức phần mạch đang xét. Hoạt động của liên hợp phức bao gồm việc đổi dấu sang dấu đối diện trước phần ảo của số phức hoặc đổi dấu pha của số phức nếu số đó được biểu diễn dưới dạng hàm mũ. Kết quả là chúng ta thu được một đại lượng gọi là đầy đủ sức mạnh tích hợp và được chỉ định . Nếu như
, thì với tổng công suất phức chúng ta có được:

Từ đó có thể thấy rằng công suất tác dụng và công suất phản kháng tương ứng là phần thực và phần ảo của tổng công suất phức. Để dễ dàng ghi nhớ tất cả các công thức liên quan đến dung tích, trong Hình. 7, b(tr. 38) một tam giác quyền lực đã được xây dựng.