Реактивная мощность на ощупь, простым языком, без графиков | Электромозг

Сегодня я постараюсь объяснить простым языком, что же такое реактивная мощность электрической энергии.

Активная мощность

Для начала, расскажу про наиболее привычную нам активную мощность, за которую мы, собственно, и платим по счётчику. Эта мощность, потребляемая нагрузкой типа обычного сопротивления. Как правило, это все нагревательные приборы (бойлеры, обычные электроплитки, электро калориферы и т.п.). Потребляемая мощность этих приборов полностью активная. В этих приборах электрическая энергия безвозвратно и полностью преобразуется в другой вид энергии (тепловую и другие).

Активная мощность обозначается буквой P и измеряется в ваттах (Вт).

Величина активной мощности, потребляемой такими приборами считается просто — умножением напряжения в розетке на ток, протекающей в цепи включенного нагревательного прибора:

P = U * I

Тут всё просто. Нагрузка пассивна, постоянна, никаких неожиданностей.

Замечу, что в цепях постоянного тока существует только активная мощность, поскольку значение мгновенной и средней мощности там совпадают.

Реактивная мощность

Если включить в сеть переменного тока не нагревательный прибор, а, например, электромагнит, то помимо активной, в цепи возникает реактивная энергия, которая с частотой переменного тока то потребляется прибором, то возвращается обратно в сеть. Эта энергия переносится от источника к электромагниту и обратно дважды за период, каждую четверть периода меняя направление.

Это происходит из-за того, что при потреблении электроэнергии, например, обмоткой магнита, каждый полупериод в нём происходит временное запасание энергии в магнитном поле катушки, и последующая отдача её назад, из-за чего происходит рассинхронизация синусоид величин напряжения и тока в сети.

Изменения тока в цепи отстаёт от соответствующих синусоидальных изменений напряжения. Такое поведение присуще любой т.н. индуктивной нагрузке (трансформаторы, электродвигатели, дроссели, электромагниты).

Помимо индуктивной нагрузки существует емкостная (различные электронные устройства с конденсаторами, как накопителями энергии, например, в импульсном блоке питания), в которой ток, наоборот, опережает напряжение за счёт временного накопления энергии конденсаторами и последующей отдачи её назад. И в том и в другом случае в цепи помимо активной возникает реактивная энергия.

Вред реактивной энергии в электроэнергетике очевиден — она никак не используется, но шляется туда-сюда по проводам, дополнительно нагружая их. Кроме того, при таком «шлянии» эта энергия ещё и частично теряется, преобразуясь в активную энергию при нагреве проводов. Однако в радиотехнике реактивная мощность может быть и полезной (например, в колебательных контурах).

Реактивная мощность обозначается буквой Q и измеряется в вольт-амперах реактивных (вар).

Для вычисления доли реактивной мощности применяется формула:

Q = U * I * sin φ, где:
sin φ — коэффициент мощности, показывающий, какую долю полной мощности составляет реактивная мощность.

Для вычисления активной мощности в сетях с реактивной составляющей применяется формула:

P = U * I * cos φ, где:
cos φ — коэффициент мощности, показывающий, какую долю полной мощности составляет активная мощность.

Коэффициенты мощностей разных приборов обычно указываются в паспортах на них.

Неактивная мощность

Неактивная мощность (пассивная мощность) — это вся мощность кроме активной, т.е. как реактивная мощность, так и мощность любых нелинейных искажений синусоиды, в том числе и мощность колебаний в колебаниях (высших гармоник).

Неактивная мощность обозначается буквой N и измеряется в вольт-амперах реактивных (вар).

Нелинейные искажения могут быть вызваны такой нелинейной нагрузкой, как, например, импульсные блоки питания без корректора коэффициента мощности.

Полная мощность

Полная мощность — эта вся мощность, и активная и неактивная.

Полная мощность обозначается буквой S и измеряется в вольт-амперах (ВА).

Полная мощность равна корню квадратному из суммы квадратов активной и неактивной мощности:

S = √(P² + N²)

В случае линейной (равномерной на протяжении периода) нагрузки полная мощность равна корню квадратному из суммы квадратов активной и реактивной мощности. В этом случае неактивная мощность полностью состоит из реактивной составляющей.

S = √(P² + Q²)

То есть, полная мощность получается не лобовым сложением активной и неактивной частей, а по закону прямоугольного треугольника:

Надеюсь, я немного прояснил данный вопрос.

Если тема всё ещё непонятна, почитайте мою новую статью, где я более тщательно расписал физику процесса.

Ставьте лайки, если статья понравилось. Пишите комментарии.

Делитесь также этой статьёй в социальных сетях (соответствующие кнопочки рядом со статьёй в наличии) и, конечно, подписывайтесь на мой канал! Жду ваших отзывов! Удачи!

Компенсация реактивной мощности

В электрических цепях переменного тока присутствуют два вида мощности – активная и реактивная. Активная мощность является полезной и расходуется непосредственно на совершение полезной работы. Реактивная мощность чаще имеет отрицательное воздействие, в связи с чем, требуется компенсация реактивной мощности. 

Реактивная мощность

Реактивная мощность возникает при наличии реактивных элементов в цепи, таких как катушка или конденсатор. При этом часть энергии полученной от источника возвращается обратно к нему.

При наличии в цепи и катушки и конденсатора, суммарная реактивная мощность оказывается меньше, чем в цепях, в которых эти элементы расположены по отдельности. Это связано с тем, что индуктивная Q_L и емкостная Q_C  мощности имеют разные знаки. При равенстве этих мощностей наблюдается явление резонанса, при котором реактивная мощность равна нулю. В этом случае энергия не поступает к источнику, а циркулирует между катушкой и конденсатором.

Реактивная мощность в промышленных установках

В промышленности большая часть оборудования обладает индуктивностью, а следовательно и реактивной мощностью. Примером таких установок может служить трансформаторы, двигатели, индукционные нагревательные установки и т.д. Чем больше величина реактивной мощности, тем меньше коэффициент мощности cosϕ, который определяется как отношение активной мощности к полной. Чем больше число установок, тем больше их суммарная реактивная мощность, следовательно, потери связанные с реактивной мощностью больше.

Реактивная мощность также влияет на токи в цепи. На примере асинхронного двигателя ток определяется как 

При увеличении реактивной мощности (Q) ток также будет увеличиваться, что приводит к необходимости выбора проводов большего сечения, а следовательно к лишним затратам. Кроме того, увеличение тока приводит к увеличению тепловых потерь, а следовательно к дополнительному нагреву двигателя.

Компенсация реактивной мощности

Как было сказано ранее, большие значения реактивной мощности приводят к значительным экономическим и трудовым затратам. Поэтому, на практике стараются максимально уменьшить её значение.

Уменьшение реактивной мощности может достигаться несколькими способами. Самым эффективным считается правильный подбор мощности двигателей и трансформаторов и нахождение эффективного режима нагрузки, без холостого хода и недогрузки. Такой способ не требует дополнительных материальных затрат, но им не всегда получается достигнуть оптимальных значений и прибегают к искусственным способам компенсации реактивной мощности.

Одним из таких способов является включение батареи конденсаторов параллельно к приемнику.

С помощью использования батареи конденсаторов можно добиться полной компенсации реактивной мощности. Но на практике затраты на дополнительное оборудование могут значительно превысить затраты на реактивную мощность, из-за дороговизны конденсаторов. Поэтому чаще всего, добиваются лишь частичной компенсации реактивной мощности.

Компенсацию реактивной мощности рассмотрим на примере асинхронного двигателя.

  

До включения батареи конденсаторов параллельно двигателю, значение реактивной мощности было равно Q₁, а ток в питающих проводах двигателя был равен I₁. При включении батареи, это значение снизилось до Q

2, так как часть индуктивной мощности была скомпенсирована емкостной.

 

Ток значительно уменьшается до величины I₂, благодаря появлению тока I_c, который можно рассчитать по формуле

Емкость батареи 

Мощность батареи 

Таким образом, компенсация реактивной мощности играет важную роль с точки зрения сокращения расходов предприятия. 

Просмотров: 3193

§57. Мощность переменного тока и коэффициент мощности

Мгновенное значение мощности. В цепи, содержащей активное, индуктивное и емкостное сопротивления, в которой ток I и напряжение u в общем случае сдвинуты по фазе на некоторый угол ?, мгновенное значение мощности р равно произведению мгновенных значений силы тока i и напряжения u. Кривую мгновенной мощности р можно получить перемножением мгновенных значений тока i и напряжения u при различных углах ?t (рис.

199, а. Из этого рисунка видно, что в некоторые моменты времени, когда ток и напряжение направлены навстречу друг другу, мощность имеет отрицательное значение. Возникновение в электрической цепи отрицательных значений мощности является вредным. Это означает, что в такие периоды времени приемник возвращает часть полученной электроэнергии обратно источнику; в результате уменьшается мощность, передаваемая от источника к приемнику. Очевидно, что чем больше угол сдвига фаз ?, тем больше время, в течение которого часть электроэнергии возвращается обратно к источнику, и тем больше возвращаемая обратно энергия и мощность.

Активная и реактивная мощности. Мгновенная мощность может быть представлена в виде суммы двух составляющих 1 и 2 (рис. 199,б). Составляющая 1 соответствует изменению мощности в цепи с активным сопротивлением (см. рис. 175,б).

Среднее ее значение, которое называют активной мощностью,

P = UI cos ? (75)

Она представляет собой среднюю мощность, которая поступает от источника к электрическим установкам при переменном токе.

Составляющая 2 изменяется подобно изменению мощности в цепи с реактивным сопротивлением (индуктивным или емкостным, см. рис. 179, а и б). Среднее ее значение равно нулю, поэтому для оценки этой составляющей пользуются ее амплитудным значением, которое называют реактивной мощностью:

Q = UI sin ? (76)

Рассматривая кривые мощности (см. рис. 199,б), можно установить, что только активная мощность может обеспечить преобразование в приемнике электрической энергии в другие виды энергии. Эта мощность в течение всего периода имеет положительный знак, т. е. соответствующая ей электрическая энергия 2, называемая активной, непрерывно переходит от источника 1 к приемнику 4 (рис. 200, а).

Реактивная мощность никакой полезной работы создать не может, так как среднее значение ее в течение одного периода равно нулю. Как видно из рис. 199,б, эта мощность становится то положительной, то отрицательной, т. е. соответствующая ей электрическая энергия ,3, называемая реактивной,

Рис. 199. Зависимость мгновенной мощности р (а) и ее составляющих (б) от угла ?t

Рис. 200. Диаграмма, иллюстрирующая передачу электрической энергии между источником и приемником, содержащим активное и реактивное сопротивления, при отсутствии компенсатора (а) и при наличии его (б): 1 — источник; 2,3 — условные изображения активной и реактивной энергии; 4 — приемник; 5 — компенсатор

непрерывно циркулирует по электрической цепи от источника электрической энергии 1 к приемнику 4 и обратно (см. рис. 200, а).

Возникновение реактивной мощности в цепи переменного тока возможно только при включении в эту цепь накопителей энергии, таких как катушка индуктивности или конденсатор. В первом случае электрическая энергия, поступающая от источника, накапливается в электромагнитном поле катушки индуктивности, а затем отдается обратно; во втором случае она накапливается в электрическом поле конденсатора, а затем возвращается обратно к источнику. Постоянная циркуляция реактивной мощности от источника к приемникам загружает генераторы переменного тока и электрические сети реактивными токами, не создающими полезной работы, и тем самым не дает возможности использовать их по прямому назначению для выработки и передачи потребителям активной мощности.

Поэтому в производственных условиях стараются по возможности уменьшить реактивную мощность, потребляемую электрическими установками.

Полная мощность. Источники электрической энергии переменного тока (генераторы и трансформаторы) рассчитаны на определенный номинальный ток I

ном и определенное номинальное напряжение U_ном, которые зависят от конструкции машины, размеров ее основных частей и пр. Увеличить значительно номинальный ток или номинальное напряжение нельзя, так как это может привести к недопустимому нагреву обмоток машины или пробою их изоляции. Поэтому каждый генератор или трансформатор может длительно отдавать без опасности аварии только вполне определенную мощность, равную произведению его номинального тока на номинальное напряжение. Произведение действующих значений тока и напряжения называется полной мощностью,

S = UI

Следовательно, полная мощность представляет собой наибольшее значение активной мощности при заданных значениях тока и напряжения.

Она характеризует ту наибольшую мощность, которую можно получить от источника переменного тока при условии, что между проходящим по нему током и напряжением отсутствует сдвиг фаз. Полную мощность измеряют в вольт-амперах (В*А) или киловольт-амперах (кВ*А).

Связь между мощностями Р, Q и S можно определить из векторной диаграммы напряжений (рис. 201, а). Если умножить на ток I все стороны треугольника ABC, то получим треугольник мощностей А’В’С’ (рис. 201,б), стороны которого равны Р, Q и S. Из треугольника мощностей имеем:

S = ?(P² + Q²)

Из этого выражения следует, что при заданной полной мощности S (т. е. напряжении U и токе I) чем больше реактивная мощность Q, которая проходит через генератор переменного тока или трансформатор, тем меньше активная мощность Р, которую он может отдать приемнику. Иными словами, реактивная мощность не позволяет полностью использовать всю расчетную мощность источников переменного тока для выработки полезно используемой электрической энергии. То же самое относится и к электрическим сетям. Ток I = ?(I_a²+I_p²), который можно безопасно пропускать по данной электрической сети, определяется, главным образом, поперечным сечением ее проводов. Поэтому если часть I_р проходящего по сети тока (см. рис. 194,б) идет на создание реактивной мощности, то должен быть уменьшен активный ток I_а, обеспечивающий создание активной мощности, которую можно пропустить по данной сети.

Рис. 201. Векторная диаграмма напряжений (а) и треугольник мощностей (б) для цепи переменного тока

Если задана активная мощность Р, то при увеличении реактивной мощности Q возрастут реактивный ток I_р и общий ток I, проходящий по проводам генераторов переменного тока, трансформаторов, электрических сетей и приемников электрической энергии. При этом увеличиваются и потери мощности ?Р = I²R_пp в активном сопротивлении R_пp этих проводов.

Таким образом, бесполезная циркуляция электрической энергии между источником переменного тока и приемником, обусловленная наличием в нем реактивных сопротивлений, требует также затраты определенного количества энергии, которая теряется в проводах всей электрической цепи.

Коэффициент мощности. Из формулы (75) следует, что активная мощность Р зависит не только от тока I и напряжения U, но и от величины cos?, называемой коэффициентом мощности:

cos ? = P/(UI) = P/S = P/?(P² + Q²)

По значению cos ? можно судить, как использует мощность источника данный приемник или электрическая цепь. Чем больше cos ?, тем меньше sin ?, следовательно, согласно формулам (75) и (76) при заданных U и I, т. е. S, тем больше активная и меньше реактивная мощности, отдаваемые источником. При повышении cos ? и постоянной активной мощности Р, поступающей в приемник, уменьшается ток в цепи I = P/(U cos ?). При этом уменьшаются потери мощности ?P = I²R_пp в проводах и обеспечивается возможность дополнительной загрузки источника и электрической сети, т. е. лучшего их использования. Если приемник питается от источника при неизменном токе нагрузки, то повышение cos ? ведет к возрастанию активной мощности Р, используемой приемником. При cos?=1 реактивная мощность равна нулю, и вся мощность, отдаваемая источником, является активной. Поэтому на всех предприятиях и во всех отраслях народного хозяйства стремятся всемерно повышать коэффициент мощности и доводить его по возможности до единицы.

Значения коэффициента мощности электрических установок переменного тока различны. Электрические лампы обладают, главным образом, активным сопротивлением, поэтому при их включении сдвиг фаз между током и напряжением практически отсутствует. Следовательно, для осветительной нагрузки коэффициент мощности можно считать равным единице. Коэффициент мощности для двигателей переменного тока зависит от нагрузки. При номинальной расчетной нагрузке двигателя cos? = 0,8-0,9, а у крупных двигателей даже выше. При недогрузке двигателей коэффициент мощности их резко снижается (при холостом ходе cos ? = 0,25-0,3).

Повышение коэффициента мощности. Cos ? повышают различными способами. Основной из них — включение параллельно приемникам электрической энергии специальных устройств, называемых компенсаторами. В качестве последних чаще всего используют батареи конденсаторов (статические компенсаторы), но могут быть применены также и синхронные электрические машины (вращающиеся компенсаторы).

Способ повышения cos ? с помощью статического компенсатора (рис. 202, а) называют компенсацией сдвига фаз, или компенсацией реактивной мощности. При отсутствии компенсатора от источника к приемнику, содержащему активное и индуктивное сопротивления, поступает ток i₁ который отстает от напряжения и на некоторый угол сдвига фаз ?₁. При включении компенсатора Х_с по нему проходит ток i_c, опережающий напряжение и на 90°. Как видно из векторной диаграммы (рис. 202,б), при этом в цепи источника будет проходить ток i<i₁ и угол сдвига фаз его ? относительно напряжения также будет меньше ?₁.

Для полной компенсации угла сдвига фаз ?, т. е. для получения cos ? =1 и минимального значения тока I_min, необходимо, чтобы ток компенсатора I_с был равен реактивной составляющей I_1p = I₁ sin ?₁ тока I₁.
При включении компенсатора 5 (см. рис. 200,б) источник 1 и электрическая сеть разгружаются от реактивной энергии 3, так как она циркулирует уже по цепи «приемник — компенсатор». Благодаря этому достигаются существенное повышение использования генераторов переменного тока и электрических сетей и уменьшение потерь энергии, возникающих при бесполезной циркуляции реактивной энергии между источником 1 и приемником 4. Компен-

Рис. 202. Схема, иллюстрирующая способ повышения cos ? с помощью компенсатора (а), и векторная диаграмма (б)

сатор в этом случае выполняет роль генератора реактивной энергии, так как токи I_св конденсаторе и I_1р в катушке индуктивности (см, рис. 202,б) направлены навстречу один другому (первый опережает по фазе напряжение на 90°, второй отстает от него на 90°), вследствие чего включение компенсатора уменьшает общий реактивный ток I_р и сдвиг фаз между током I и напряжением U. При надлежащем подборе реактивной мощности компенсатора можно добиться, что вся реактивная энергия 3 (см. рис. 200,б), поступающая в приемник 4, будет циркулировать внутри контура «приемник — компенсатор», а генератор и сеть не будут участвовать в ее передаче. При этих условиях от источника 1 к приемнику 4 будет передаваться только активная мощность 2, т. е. cos ? будет равен единице.

В большинстве случаев по экономическим соображениям в электрических установках осуществляют неполную компенсацию угла сдвига фаз и ограничиваются значением cos ? = 0,95.

Что такое активная и реактивная электроэнергия?

Расчет электрической энергии, используемой бытовым или промышленным электротехническим прибором, производится обычно с учетом полной мощности электрического тока, проходящего через измеряемую электрическую цепь.
При этом выделяются два показателя, отражающие затраты полной мощности при обслуживании потребителя. Эти показатели называются активная и реактивная энергия. Полная мощность представляет собой сумму этих двух показателей.  

Полная мощность.

По сложившейся практике потребители оплачивают не полезную мощность, которая непосредственно используется в хозяйстве, а полную, которую отпускает предприятие-поставщик. Различают эти показатели по единицам измерения – полная мощность измеряется в вольт-амперах (ВА), а полезная – в киловаттах. Активная и реактивная электроэнергия используется всеми запитанными от сети электроприборами.

Активная электроэнергия. 

Активная составляющая полной мощности совершает полезную работу и преобразовывается в те виды энергии, которые нужны потребителю. У части бытовых и промышленных электроприборов в расчетах активная и полная мощность совпадают. Среди таких устройств – электроплиты, лампы накаливания, электропечи, обогреватели, утюги и гладильные прессы и прочее. Если в паспорте указана активная мощность 1 кВт, то полная мощность такого прибора будет составлять 1 кВА.

Понятие реактивной электроэнергии. 

Этот вид электроэнергии присущ цепям, в составе которых имеются реактивные элементы. Реактивная электроэнергия — это часть полной поступаемой мощности, которая не расходуется на полезную работу. В электроцепях постоянного тока понятие реактивной мощности отсутствует. В цепях переменного тока реактивная составляющая возникает только в том случае, когда присутствует индуктивная или емкостная нагрузка. В таком случае наблюдается несоответствие фазы тока с фазой напряжения. Данный сдвиг фаз между напряжением и током обозначается символом «φ». При индуктивной нагрузке в цепи наблюдается отставание фазы, при емкостной – ее опережение. Поэтому потребителю приходит только часть полной мощности, а основные потери происходят из-за бесполезного нагревания устройств и приборов в процессе эксплуатации. Потери мощности происходят из-за наличия в электрических устройствах индуктивных катушек и конденсаторов. Из-за них в цепи в течение некоторого времени происходит накопление электроэнергии. После этого запасенная энергия поступает обратно в цепь. К приборам, в составе потребляемой мощности которых имеется реактивная составляющая электроэнергии, относятся переносные электроинструменты, электродвигатели и различная бытовая техника. Эта величина рассчитывается с учетом особого коэффициента мощности, который обозначается как cos φ.

Расчет реактивной электроэнергии. 

Коэффициент мощности лежит в пределах от 0,5 до 0,9; точное значение этого параметра можно узнать из паспорта электроприбора. Полная мощность должна быть определена как частное от деления активной мощности на коэффициент. Например, если в паспорте электрической дрели указана мощность в 600 Вт и значение 0,6, тогда потребляемая устройством полная мощность будет равна 600/06, то есть 1000 ВА. При отсутствии паспортов для вычисления полной мощности прибора коэффициент можно брать равным 0,7. Поскольку одной из основных задач действующих систем электроснабжения является доставка полезной мощности конечному потребителю, реактивные потери электроэнергии считаются негативным фактором, и возрастание этого показателя ставит под сомнение эффективность электроцепи в целом.

Значение коэффициента при учете потерь. 

Чем выше значение коэффициента мощности, тем меньше будут потери активной электроэнергии – а значит конечному потребителю потребляемая электрическая энергия обойдется немного дешевле. Для того чтобы повысить значение этого коэффициента, в электротехнике используются различные приемы компенсации нецелевых потерь электроэнергии. Компенсирующие устройства представляют собой генераторы опережающего тока, сглаживающие угол сдвига фаз между током и напряжением. Для этой же цели иногда используются батареи конденсаторов. Они подключаются параллельно к рабочей цепи и используются как синхронные компенсаторы.

Расчет стоимости электроэнергии для частных клиентов. 

Для индивидуального пользования активная и реактивная электроэнергия в счетах не разделяется – в масштабах потребления доля реактивной энергии невелика. Поэтому частные клиенты при потреблении мощности до 63 А оплачивают один счет, в котором вся потребляемая электроэнергия считается активной. Дополнительные потери в цепи на реактивную электроэнергию отдельно не выделяются и не оплачиваются. Учет реактивной электроэнергии для предприятий Другое дело – предприятия и организации. В производственных помещениях и промышленных цехах установлено огромное число электрооборудования, и в общей поступаемой электроэнергии имеется значительная часть энергии реактивной, которая необходима для работы блоков питания и электродвигателей. Активная и реактивная электроэнергия, поставляемая предприятиям и организациям, нуждается в четком разделении и ином способе оплаты за нее. Основанием для регуляции отношений предприятия-поставщика электроэнергии и конечных потребителей в этом случае выступает типовой договор. Согласно правилам, установленным в этом документе, организации, потребляющие электроэнергию свыше 63 А, нуждаются в особом устройстве, предоставляющем показания реактивной энергии для учета и оплаты. Сетевое предприятие устанавливает счетчик реактивной электроэнергии и начисляет оплату согласно его показаниям.

Коэффициент реактивной энергии. 

Как говорилось ранее, активная и реактивная электроэнергия в счетах на оплату выделяются отдельными строками. Если соотношение объемов реактивной и потребленной электроэнергии не превышает установленной нормы, то плата за реактивную энергию не начисляется. Коэффициент соотношения бывает прописан по-разному, его среднее значение составляет 0,15. При превышении данного порогового значения предприятию-потребителю рекомендуют установить компенсаторные устройства.

Реактивная энергия в многоквартирных домах. 

Типичным потребителем электроэнергии является многоквартирный дом с главным предохранителем, потребляющий электроэнергию свыше 63 А. Если в таком доме имеются исключительно жилые помещения, плата за реактивную электроэнергию не взимается. Таким образом, жильцы многоквартирного дома видят в начислениях оплату только за полную электроэнергию, поставленную в дом предприятием-поставщиком. Та же норма касается жилищных кооперативов.

Частные случаи учета реактивной мощности. 

Бывают случаи, когда в многоэтажном здании имеются и коммерческие организации, и квартиры. Поставка электроэнергии в такие дома регулируется отдельными Актами. Например, разделением могут служить размеры полезной площади. Если в многоквартирном доме коммерческие организации занимают менее половины полезной площади, то оплата за реактивную энергию не начисляется. Если пороговый процент был превышен, то возникают обязательства оплаты за реактивную электроэнергию. В ряде случаев жилые дома не освобождаются от оплаты за реактивную энергию. Например, если в доме установлены пункты подключения лифтов для квартир, начисление за использование реактивной электроэнергии происходит отдельно, лишь для этого оборудования. Владельцы квартир по-прежнему оплачивают лишь активную электроэнергию.

Назад к списку

Реактивная мощность — это… Что такое Реактивная мощность?

Реактивная мощность

        величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи переменного тока (См. Переменный ток). Р. м. Q равна произведению действующих значений напряжения U и тока /, умноженному на синус угла сдвига фаз (См. Сдвиг фаз) φ между ними: Q = UI sinφ. Измеряется в Варах. Р. м. связана с полной мощностью (См. Полная мощность) S и активной мощностью (См. Активная мощность) Р соотношением: Мощности коэффициента электрических установок осуществляется компенсация реактивной мощности (см. Компенсирующие устройства).

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

• Реактивная лампа
• Реактивная сила

Смотреть что такое «Реактивная мощность» в других словарях:

• реактивная мощность — Величина, равная при синусоидальных электрическом токе и электрическом напряжении произведению действующего значения напряжения на действующее значение тока и на синус сдвига фаз между напряжением и током двухполюсника. [ГОСТ Р 52002 2003]… …   Справочник технического переводчика

• РЕАКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ — электр. мощность в цепи переменного тока, расходуемая на поддержание вызываемых переменным током периодических изменений: 1) магнитного поля при наличии в цепи индуктивности; 2) заряда конденсаторов при наличии конденсаторов и проводов (напр.… …   Технический железнодорожный словарь

• РЕАКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля. Для синусоидального тока равна произведению действующих тока I и напряжения U на синус угла сдвига фаз между ними: Q =… …   Большой Энциклопедический словарь

• РЕАКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ — величина, характеризующая скорость обмена энергией между генератором переменного тока и магнитным (млн. электрическим) полем цепи, создаваемым электротехническими устройствами (индуктивностью и ёмкостью). Р. м. возникает в цепи при наличии сдвига …   Большая политехническая энциклопедия

• Реактивная мощность — Электрическая мощность физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии. Содержание 1 Мгновенная электрическая мощность 2 Мощность постоянного тока …   Википедия

• реактивная мощность — 3.1.5 реактивная мощность (вар): Реактивная мощность сигналов синусоидальной формы какой либо отдельной частоты в однофазной цепи, определяемая как произведение среднеквадратических значений тока и напряжения и синуса фазового угла между ними.… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• реактивная мощность — reaktyvioji galia statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Menamoji kompleksinės galios dalis, skaičiuojama pagal formulę Q² = S² – P²; čia Q – reaktyvioji galia, S – pilnutinė galia, P – aktyvioji galia. Matavimo vienetas –… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

• реактивная мощность — reaktyvioji galia statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. reactive power; wattless power vok. Blindleistung, f; wattlose Leistung, f rus. безваттная мощность, f; реактивная мощность, f pranc. puissance déwatée, f; puissance réactive, f …   Fizikos terminų žodynas

• реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля. Для синусоидального тока равна произведению действующих тока I и напряжения U на синус угла сдвига фаз между ними:… …   Энциклопедический словарь

• реактивная мощность — reaktyvioji galia statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. reactive power vok. Blindleistung, f; wattlose Leistung, f rus. реактивная мощность, f pranc. puissance réactive, f …   Automatikos terminų žodynas

6.10. Мощность в цепи синусоидального тока

     Мгновенной мощностью называют произведение мгновенного напряжения на входе цепи на мгновенный ток.
     Пусть мгновенные напряжение и ток определяются по формулам:

     

     Тогда

          (6.23)

     Среднее значение мгновенной мощности за период

     Из треугольника сопротивлений ,      а      .

     Получим еще одну формулу:

.

     Среднее арифметическое значение мощности за период называют активной мощностью и обозначают буквой P.
   Эта мощность измеряется в ваттах и характеризует необратимое преобразование электрической энергии в другой вид энергии, например, в тепловую, световую и механическую энергию.
     Возьмем реактивный элемент (индуктивность или емкость). Активная мощность в этом элементе , так как напряжение и ток в индуктивности или емкости различаются по фазе на 90^o. В реактивных элементах отсутствуют необратимые потери электрической энергии, не происходит нагрева элементов.
   Происходит обратимый  процесс в  виде обмена электрической энергией между источником и приемником. Для качественной оценки интенсивности обмена энергией вводится понятие реактивной мощности Q.
     Преобразуем выражение (6.23):

     где — мгновенная мощность в активном сопротивлении;

      — мгновенная мощность в реактивном элементе (в индуктивности или в емкости).
   Максимальное или амплитудное значение мощности p₂ называется реактивной мощностью

      ,

     где x — реактивное сопротивление (индуктивное или емкостное).
     Реактивная мощность, измеряемая в вольтамперах реактивных, расходуется на создание магнитного поля в индуктивности или электрического поля в емкости. Энергия, накопленная в емкости или в индуктивности, периодически возвращается источнику питания.
     Амплитудное значение суммарной мощности p = p₁ + p₂ называется полной мощностью.
   Полная  мощность,  измеряемая в вольтамперах, равна произведению действующих значений напряжения и тока:

      ,

     где z — полное сопротивление цепи.
   Полная мощность характеризует предельные возможности источника энергии. В электрической цепи можно использовать часть полной мощности

,

       где    — коэффициент мощности или «косинус «фи».

  Коэффициент  мощности  является одной из важнейших характеристик электротехнических устройств. Принимают специальные меры к увеличению коэффициента мощности.
      Возьмем треугольник сопротивлений и умножим его стороны на квадрат тока в цепи. Получим подобный треугольник мощностей (рис. 6.18).

     Из треугольника мощностей получим ряд формул:

,      ,

             Рис.6.18
                                                                ,      .
     При анализе электрических цепей символическим методом используют выражение комплексной мощности, равное произведению комплексного напряжения на сопряженный комплекс тока.
     Для цепи, имеющей индуктивный характер (R-L цепи)

,

       где   
      — комплекс напряжения;
      — комплекс тока;
      — сопряженный комплекс тока;
      — сдвиг по фазе между напряжением и током.
     , ток как в R-L цепи, напряжение опережает по фазе ток.

     Вещественной частью полной комплексной мощности является активная мощность.
     Мнимой частью комплексной мощности — реактивная мощность.
     Для цепи, имеющей емкостной характер (R-С цепи), . Ток опережает по фазе напряжение.

.

     Активная мощность всегда положительна. Реактивная мощность в цепи, имеющей индуктивный характер, — положительна, а в цепи с емкостным характером — отрицательна.

6.11. Баланс мощностей

     Для схемы на рис. 6.19 запишем уравнение по второму закону Кирхгофа. Умножим левую и правую части уравнения на сопряженный комплекс тока

       где    — результирующее реактивное сопротивление;
               I²— квадрат модуля тока.

     где    — полная комплексная, активная и реактивная мощности источника питания.

     где — активная и реактивная мощности, потребляемые элементами схемы.

     Получим уравнение

     .      (6.24)

Рис. 6.19

     Два комплексных числа равны, если равны по отдельности их вещественные и мнимые части, следовательно уравнение (6.24) распадается на два:

 .     (6.25)

    Полученные равенства выражают законы сохранения активных и реактивных мощностей.

6.12. Согласованный режим работы электрической цепи.

Согласование нагрузки с источником

     В схеме на рис. 6.20
      — полное, активное и реактивное сопротивления источника ЭДС,
      — полное, активное и реактивное сопротивления нагрузки.
   Активная мощность может выделяться только в активных сопротивлениях цепи переменного тока.
     Активная мощность, выделяемая в нагрузке,

.     (6.26)

     Активная мощность, развиваемая генератором

.
Коэффициент полезного действия для данной схемы:

                    .
                 Рис. 6.20

     Из формулы (6.26) видно, что выделяемая в нагрузке мощность будет максимальной, когда знаменатель минимален. Последнее имеет место при , т.е. при . Это означает, что реактивные сопротивления источника и нагрузки должны быть одинаковы по модулю и иметь разнородный характер. При индуктивном характере реактивного сопротивления источника реактивное сопротивление нагрузки должно быть емкостным и наоборот.

.     (6.27)

   Установим условие,  при котором  от источника к нагрузке будет передаваться наибольшая мощность.

.

     отсюда .

     От источника к нагрузке передается наибольшая мощность, когда

.      .     (6.28)

     Величина наибольшей мощности

.

   Режим передачи наибольшей мощности от источника к нагрузке называется согласованным режимом, а подбор сопротивлений согласно равенствам (6.28) — согласованием нагрузки с источником.

     В согласованном режиме

.

     Половина мощности теряется внутри источника. Поэтому согласованный режим не используется в силовых энергетических цепях. Этот режим используют в информационных цепях, где мощности могут быть малыми, и решающими являются не соображения экономичности передачи сигнала, а максимальная мощность сигнала в нагрузке.

Преобразование энергии в электрической цепи. Мгновенная, активная, реактивная и полная мощности синусоидального тока. (Лекция №7)

Передача энергии w по электрической цепи (например, по линии электропередачи), рассеяние энергии, то есть переход электромагнитной энергии в тепловую, а также и другие виды преобразования энергии характеризуются интенсивностью, с которой протекает процесс, то есть тем, сколько энергии передается по линии в единицу времени, сколько энергии рассеивается в единицу времени. Интенсивность передачи или преобразования энергии называется мощностью р. Сказанному соответствует математическое определение:

.

(1)

Выражение для мгновенного значения мощности в электрических цепях имеет вид:

.

(2)

Приняв начальную фазу напряжения за нуль, а сдвиг фаз между напряжением и током за , получим:

.

(3)

Итак, мгновенная мощность имеет постоянную составляющую и гармоническую составляющую, угловая частота которой в 2 раза больше угловой частоты напряжения и тока.

Когда мгновенная мощность отрицательна, а это имеет место (см. рис. 1), когда u и i разных знаков, т.е. когда направления напряжения и тока в двухполюснике противоположны, энергия возвращается из двухполюсника источнику питания.

Такой возврат энергии источнику происходит за счет того, что энергия периодически запасается в магнитных и электрических полях соответственно индуктивных и емкостных элементов, входящих в состав двухполюсника. Энергия, отдаваемая источником двухполюснику в течение времени t равна .

Среднее за период значение мгновенной мощности называется активной мощностью .

Принимая во внимание, что , из (3) получим:

.

(4)

Активная мощность, потребляемая пассивным двухполюсником, не может быть отрицательной (иначе двухполюсник будет генерировать энергию), поэтому , т.е. на входе пассивного двухполюсника . Случай Р=0, теоретически возможен для двухполюсника, не имеющего активных сопротивлений, а содержащего только идеальные индуктивные и емкостные элементы.

1. Резистор (идеальное активное сопротивление).

Здесь напряжение и ток (см. рис. 2) совпадают по фазе , поэтому мощность всегда положительна, т.е. резистор потребляет активную мощность

2. Катушка индуктивности (идеальная индуктивность)

При идеальной индуктивности ток отстает от напряжения по фазе на . Поэтому в соответствии с (3) можно записать
.

Участок 1-2: энергия , запасаемая в магнитном поле катушки, нарастает.

Участок 2-3: энергия магнитного поля убывает, возвращаясь в источник.

3. Конденсатор (идеальная емкость)

Аналогичный характер имеют процессы и для идеальной емкости. Здесь . Поэтому из (3) вытекает, что . Таким образом, в катушке индуктивности и конденсаторе активная мощность не потребляется (Р=0), так как в них не происходит необратимого преобразования энергии в другие виды энергии. Здесь происходит только циркуляция энергии: электрическая энергия запасается в магнитном поле катушки или электрическом поле конденсатора на протяжении четверти периода, а на протяжении следующей четверти периода энергия вновь возвращается в сеть. В силу этого катушку индуктивности и конденсатор называют реактивными элементами, а их сопротивления Х_L и Х_С , в отличие от активного сопротивления R резистора, – реактивными.

Интенсивность обмена энергии принято характеризовать наибольшим значением скорости поступления энергии в магнитное поле катушки или электрическое поле конденсатора, которое называется реактивной мощностью.

В общем случае выражение для реактивной мощности имеет вид:

(5)

Она положительна при отстающем токе (индуктивная нагрузка- ) и отрицательна при опережающем токе (емкостная нагрузка- ). Единицу мощности в применении к измерению реактивной мощности называют вольт-ампер реактивный (ВАр).

В частности для катушки индуктивности имеем:

, так как .

.

Из последнего видно, что реактивная мощность для идеальной катушки индуктивности пропорциональна частоте и максимальному запасу энергии в катушке. Аналогично можно получить для идеального конденсатора:

.

Полная мощность

Помимо понятий активной и реактивной мощностей в электротехнике широко используется понятие полной мощности:

.

(6)

Активная, реактивная и полная мощности связаны следующим соотношением:

.

(7)

Отношение активной мощности к полной называют коэффициентом мощности. Из приведенных выше соотношений видно, что коэффициент мощности равен косинусу угла сдвига между током и напряжением. Итак,

.

(8)

Комплексная мощность

Активную, реактивную и полную мощности можно определить, пользуясь комплексными изображениями напряжения и тока. Пусть , а . Тогда комплекс полной мощности:

,

(9)

где — комплекс, сопряженный с комплексом .

.

Комплексной мощности можно поставить в соответствие треугольник мощностей (см. рис. 4). Рис. 4 соответствует (активно-индуктивная нагрузка), для которого имеем:

Применение статических конденсаторов для повышения cos

Как уже указывалось, реактивная мощность циркулирует между источником и потребителем. Реактивный ток, не совершая полезной работы, приводит к дополнительным потерям в силовом оборудовании и, следовательно, к завышению его установленной мощности. В этой связи понятно стремление к увеличению в силовых электрических цепях.

Следует указать, что подавляющее большинство потребителей (электродвигатели, электрические печи, другие различные устройства и приборы) как нагрузка носит активно-индуктивный характер.

Если параллельно такой нагрузке (см. рис. 5), включить конденсатор С, то общий ток , как видно из векторной диаграммы (рис. 6), приближается по фазе к напряжению, т.е. увеличивается, а общая величина тока (а следовательно, потери) уменьшается при постоянстве активной мощности . На этом основано применение конденсаторов для повышения .

Какую емкость С нужно взять, чтобы повысить коэффициент мощности от значения до значения ?

Разложим на активную и реактивную составляющие. Ток через конденсатор компенсирует часть реактивной составляющей тока нагрузки :

;

(10)

;

(11)

.

(12)

Из (11) и (12) с учетом (10) имеем

,

но , откуда необходимая для повышения емкость:

.

(13)

Баланс мощностей

Баланс мощностей является следствием закона сохранения энергии и может служить критерием правильности расчета электрической цепи.

а) Постоянный ток

Для любой цепи постоянного тока выполняется соотношение:

(14)

Это уравнение представляет собой математическую форму записи баланса мощностей: суммарная мощность, генерируемая источниками электрической энергии, равна суммарной мощности, потребляемой в цепи.

Следует указать, что в левой части (14) слагаемые имеют знак “+”, поскольку активная мощность рассеивается на резисторах. В правой части (14) сумма слагаемых больше нуля, но отдельные члены здесь могут иметь знак “-”, что говорит о том, что соответствующие источники работают в режиме потребителей энергии (например, заряд аккумулятора).

б) Переменный ток.

Из закона сохранения энергии следует, что сумма всех отдаваемых активных мощностей равна сумме всех потребляемых активных мощностей, т.е.

(15)

В ТОЭ доказывается (вследствие достаточной громоздкости вывода это доказательство опустим), что баланс соблюдается и для реактивных мощностей:

,

(16)

где знак “+” относится к индуктивным элементам , “-” – к емкостным .

Умножив (16) на “j” и сложив полученный результат с (15), придем к аналитическому выражению баланса мощностей в цепях синусоидального тока (без учета взаимной индуктивности):

или

.

Литература

1. Основы теории цепей: Учеб. для вузов /Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. –5-е изд., перераб. –М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.
2. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. Учеб. для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей вузов. –7-е изд., перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1978. –528с.

Контрольные вопросы и задачи

1. Что такое активная мощность?
2. Что такое реактивная мощность, с какими элементами она связана?
3. Что такое полная мощность?
4. Почему необходимо стремиться к повышению коэффициента мощности ?
5. Критерием чего служит баланс мощностей?
6. К источнику с напряжением подключена активно-индуктивная нагрузка, ток в которой . Определить активную, реактивную и полную мощности.

Ответ: Р=250 Вт; Q=433 ВАр; S=500 ВА.

7. В ветви, содержащей последовательно соединенные резистор R и катушку индуктивности L, ток I=2 A. Напряжение на зажимах ветви U=100 B, а потребляемая мощность Р=120 Вт. Определить сопротивления R и XL элементов ветви.

Ответ: R=30 Ом; XL=40 Ом.

8. Мощность, потребляемая цепью, состоящей из параллельно соединенных конденсатора и резистора, Р=90 Вт. Ток в неразветвленной части цепи I1=5 A, а в ветви с резистором I2=4 A. Определить сопротивления R и XC элементов цепи.

Ответ: R=10 Ом; XС=7,5 Ом.

Resistive vs Reactive — Причины выбора Reactive

Полнофункциональные системы резервного копирования остаются критически важными для успеха бизнеса. В случае неожиданного отключения электроэнергии вам необходимо знать, что ваша работа будет продолжаться без сбоев.

Однако многие руководители предприятий не понимают, с какими рисками они фактически сталкиваются при использовании своих систем резервного копирования. Хотя вы можете проводить регулярные испытания их оборудования, ваша работа может быть недостаточно защищена. Слишком часто менеджеры предприятий проводят тесты исключительно на покомпонентной основе и отказываются от общесистемного тестирования.Невозможность протестировать всю систему может скрыть недостатки системы.

Используя решения для тестирования банка нагрузки, вы можете подтвердить работоспособность, моделируя реальные сценарии. Тестирование под нагрузкой подтверждает эксплуатационные характеристики электрических и механических систем, включая генераторы, оборудование источников бесперебойного питания (ИБП), блоки распределения питания (PDU), резервные батареи и системы охлаждения. Менеджеры объектов обычно проводят нагрузочные испытания во время ввода объекта в эксплуатацию, установки нового оборудования и в рамках программы профилактического обслуживания.

Тестирование банка нагрузки выявляет проблемы в контролируемой ситуации до фактического отключения электроэнергии. Предоставляя единственный способ проверить работоспособность системы, тестирование банка нагрузки повышает надежность вашей работы и сводит к минимуму риски, связанные с неожиданным отключением питания.

Типы решений для тестирования банка нагрузки

Доступные в различных размерах и конфигурациях, банки нагрузки измеряют коммерческие нагрузки. Обычно эти нагрузки состоят из комбинации двигателей, отопления, трансформаторов и освещения.

Существуют три основных решения для тестирования группы нагрузок: резистивная, реактивная и резистивная / реактивная:

• Активные банки нагрузки – Наиболее распространенный тип резистивных групп нагрузки имитирует рабочую нагрузку, которую источник питания будет видеть при фактическом использовании. Они преобразуют электрическую энергию (ток) в тепло с помощью силовых резисторов и рассеивают тепло с помощью воздуха или воды. Примеры резистивных нагрузок включают лампы накаливания и устройства с нагревательными элементами, такие как обогреватели и горячие плиты.

• Банки реактивной нагрузки — Эти решения используются для моделирования систем, на которые воздействуют электродвигатели или другие электромагнитные устройства в электросети. Как правило, оборудование, требующее компенсации реактивной мощности, — это устройства с моторным приводом, трансформаторы и конденсаторы.

Банки реактивной нагрузки могут моделировать индуктивную или емкостную нагрузку в зависимости от типа нагрузки, ожидаемой в энергосистеме. Реактивная / индуктивная нагрузка преобразует ток в магнитное поле.Он сопротивляется изменению напряжения, заставляя ток в цепи опережать напряжение. Примеры устройств, создающих реактивную / индуктивную нагрузку, включают двигатели, трансформаторы и дроссели.

Реактивная / емкостная нагрузка заряжает и высвобождает энергию. Он сопротивляется изменению напряжения, заставляя ток в цепи опережать напряжение. Тестирование реактивной / емкостной нагрузки часто проводится в телекоммуникационных, солнечных, производственных и горнодобывающих отраслях.

• Банки резистивной / реактивной нагрузки – Эти решения объединяют как резистивные, так и реактивные элементы в одном пакете банков нагрузки.Резистивные / реактивные нагрузки могут имитировать нагрузки двигателей и электромагнитные устройства в энергосистеме, а также обеспечивать чисто резистивные нагрузки, позволяя установить определенный коэффициент мощности.

Группы резистивной / реактивной нагрузки используются для тестирования турбин, распределительных устройств, роторных ИБП, генераторов и систем ИБП. Их также можно использовать для комплексного тестирования систем защиты подстанций и солнечных инверторов.

Недостатки резистивного нагрузочного тестирования

Аварийное производство электроэнергии представляет собой сложную систему, состоящую из множества различных частей.И любая отдельная часть может выйти из строя в любой момент. Помимо тестирования отдельных компонентов, вам необходимо убедиться, что вся ваша система функционирует должным образом.

Однако многие руководители предприятий пропускают общесистемное тестирование из-за сложности, ограничений по времени и стоимости. Вместо этого они часто используют банк резистивной нагрузки для тестирования только двигателя генератора, который не может имитировать реальные условия.

Кроме того, резистивные нагрузки составляют лишь небольшую часть от общего энергопотребления объекта.Тестирование только резистивных нагрузок не определит, насколько хорошо ваша система будет работать во время аварийного отключения электроэнергии. Проведение полного системного теста, имитирующего реальную нагрузку, — единственный способ убедиться, что все отдельные компоненты будут работать вместе в гармонии.

Обоснование решений банка с реактивной нагрузкой

Решения с реактивной нагрузкой моделируют системы, на которые воздействуют электродвигатели или другие электромагнитные устройства в сети. А комбинированные блоки резистивной / реактивной нагрузки могут тестировать всю систему генератора при ее номинальном коэффициенте мощности.В отличие от резистивного тестирования, резистивный / реактивный тест может предсказать ожидаемые отказы нескольких компонентов, составляющих всю систему.

Тестирование только резистивным питанием не может создать условия, возникающие при сбое в реальном электроснабжении. Только правильно настроенный тест резистивной / реактивной нагрузки обеспечит работу всей системы на приемлемом уровне во время аварийной ситуации.

Правильное общесистемное тестирование резистивной / реактивной нагрузки помогает выявить слабые места в вашей системе выработки электроэнергии и предотвратить неожиданные сбои во время аварийных ситуаций.Понимание того, какие решения для нагрузочного тестирования развернуть и как проводить эффективное тестирование, поможет снизить риски, связанные с неожиданными отключениями электроэнергии.

Загрузите электронную книгу для получения дополнительной информации…

Для более подробного обсуждения тестирования резистивной и реактивной нагрузок загрузите последнюю электронную книгу ComRent сегодня. В этом ресурсе обсуждается важность использования тестирования банка нагрузки для всей системы аварийного производства электроэнергии. В нем будет представлен обзор тестирования банка нагрузки, объяснены различные типы банков нагрузки и описаны наиболее выгодные решения банка нагрузки для большинства приложений.

Команда экспертов ComRent готова помочь обеспечить успешное соединение вашей системы. Мы предлагаем бесплатную консультацию по рассмотрению вашего проекта и предложению правильного решения для банка нагрузки для вашего приложения. Свяжитесь с нами сегодня по телефону 888-881-7118 или посетите наш веб-сайт для получения дополнительной информации о тестировании банка нагрузки.

Активная, реактивная и полная мощность

Требуемый источник питания для электрической цепи зависит от

• активной мощности — фактическое электрическое сопротивление, потребляемая мощность в цепи
• реактивная мощность — мнимая потребляемая индуктивная и емкостная мощность в схема

Требуемый источник питания называется полной мощностью и представляет собой комплексное значение, которое может быть выражено в виде треугольника Пифагора, как показано на рисунке ниже.

Полная мощность — S

Полная мощность — это мощность, подаваемая в электрическую цепь (обычно от поставщика энергии в сеть) для покрытия реальной и реактивной мощности, потребляемой нагрузкой.

Полная мощность может быть рассчитана как

S = (Q ² + P ² ) ^1/2 (1)

, где

S = полная мощность источника питания цепи ( вольт-ампер, ВА)

Q = потребляемая реактивная мощность в нагрузке (вольт-ампер, реактивная, ВАр)

P = активная потребляемая мощность в нагрузке (ватт, Вт)

Полная мощность измеряется в вольт-амперах (ВА) — напряжение системы переменного тока, умноженное на текущий ток.Полная мощность — это комплексное значение и векторная сумма активной и реактивной мощности, как показано на рисунке выше.

Однофазный ток

S = UI (2a)

где

U = электрический потенциал (В)

I = ток (A)

Трехфазный ток

S = 3 ^1/2 UI ​​

= 1.732 U I (2b)

Active Power — P

Active — или Real или True — мощность выполняет фактическую работу в нагрузке. Активная мощность измеряется в Вт (Вт) и представляет собой мощность, потребляемую электрическим сопротивлением.

• Истинная мощность — это ток в фазе с напряжением, умноженный на напряжение

Однофазный ток

P = UI cos φ

= UI PF (3a)

где

φ = фазовый угол между электрическим потенциалом (напряжением) и током

PF = cos φ

= коэффициент мощности

Трехфазный ток

P = 3 ^1/2 UI cos φ

= 1.732 U I PF (3b)

Постоянный ток

P = U I (3c)

Реактивная мощность — Q

Реактивная мощность — это мнимая или комплексная мощность в емкостной или индуктивной нагрузке. Реактивная мощность представляет собой обмен энергией между источником питания и реактивными нагрузками, при котором полезная мощность не увеличивается и не теряется. Чистая средняя реактивная мощность равна нулю. Реактивная мощность накапливается и разряжается асинхронными двигателями, трансформаторами, соленоидами и конденсаторами.Чистая катушка индуктивности и чистый конденсатор не потребляют никакой энергии, поскольку в течение полупериода, какая бы мощность ни принималась от источника этими компонентами, та же самая мощность возвращается к источнику.

Реактивная мощность должна быть минимизирована, поскольку она увеличивает общий ток, протекающий в электрической цепи, не создавая никакой работы для нагрузки. Повышенные реактивные токи приводят только к невосстановимым потерям мощности из-за сопротивления линии электропередачи.

Увеличение реактивной и полной мощности приведет к уменьшению коэффициента мощности — PF .

Реактивная индуктивная мощность измеряется в реактивных вольт-амперах (ВАР).

• Реактивная мощность — это ток, не совпадающий по фазе с напряжением, умноженным на напряжение

Однофазный ток

Q = UI sin φ (4a)

где

φ = фазовый угол

Трехфазный ток

Q = 3 ^1/2 UI sin φ

= 1.732 UI ​​ sin φ (4b)

4 типа банков нагрузки генератора

Генераторы часто оставляют на случай чрезвычайных ситуаций. По самой своей природе чрезвычайные ситуации часто возникают неожиданно, и именно поэтому на предприятиях и объектах, особенно в нефтегазовой отрасли или сфере услуг (например, в центрах обработки данных и больницах), есть генераторы для резервных целей.Постоянный или переносной резервный генератор может дать вам душевное спокойствие, зная, что у вас есть надежный источник энергии, к которому можно вернуться. Однако что произойдет, если резервный генератор внезапно перестанет работать?

Это может быть дорогостоящим по многим причинам, от производственных затрат до человеческих жизней, когда резервный генератор не работает во время чрезвычайных ситуаций. Вот почему у большинства предприятий и предприятий есть планы на случай чрезвычайных ситуаций и стихийных бедствий — нагрузочное тестирование банка должно быть составной частью этих планов.

Тестирование группы нагрузок генератора

предназначено для обеспечения надежности резервного источника питания и обеспечения максимальной производительности при необходимости.

Тестирование группы нагрузок генератора относится к процессу оценки возможностей генератора, проверки того, что все компоненты генераторной установки находятся в оптимальном рабочем состоянии при различных нагрузках. Как бы то ни было, резервные и аварийные генераторы не всегда запускаются на регулярной основе, поэтому важно провести тесты, чтобы убедиться, что они могут работать на ваших производственных объектах или объектах с полной мощностью в киловаттном режиме.

• Стандартное правило (в соответствии с руководящими принципами тестирования NFPA): проведите тест банка нагрузки на любом генераторе, который не работает более чем на 30% от его номинальной нагрузки в кВт (или в соответствии с рекомендациями производителя).
• Цель тестирования банка нагрузки: убедиться, что ваш генератор поддерживает надлежащие уровни давления и температуры, а также вырабатывает оптимальную мощность, необходимую для ваших операций или оборудования.

Процедура тестирования банка нагрузки (см. Подробно, как она работает) работает путем размещения искусственной или фиктивной нагрузки на генератор.Время проведения испытаний соответствует отраслевым стандартам и нормативным кодексам. Нагрузка постепенно увеличивается. Двигатель и генератор всегда записываются. Затем выполняется оценка данных. Единственное оборудование, необходимое для выполнения теста, — это блок нагрузки.

Когда вам нужно тестирование банка нагрузки генератора?

Тестирование банка нагрузки позволяет проверить возможности системы генератора, которые невозможно проверить с помощью обычных запусков. Тестирование также позволяет выявлять проблемы на раннем этапе до того, как проблемы приведут к дорогостоящему ремонту или невыполнению при необходимости.Но тестирование — это не просто рекомендация, в некоторых случаях этого требуют правила. Например, NFPA 110 требует, чтобы аварийные генераторы проверялись ежемесячно, если (1) генератор предназначен для защиты жителей коммерческого здания; и (2) их неисполнение может привести к телесным повреждениям или смерти. Требования к испытаниям также различаются в зависимости от того, работает ли генератор на дизельном топливе или работает от электричества. Для большинства резервных систем, особенно тех, которые используются для предотвращения экономических потерь или перебоев в работе, может быть достаточно ежегодного тестирования.

Опять же, испытания зависят от отрасли, нормативных требований, источника энергии генератора и его назначения. В качестве еще одного общего правила следует также проводить испытания, когда генератор новый или когда он был введен в эксплуатацию, чтобы установить базовый уровень для будущих эксплуатационных характеристик.

4 типа грузовых банков

Существует четыре типа банков нагрузки, которые можно использовать для тестирования генераторов, а именно:

1. резистивный
2. Реактивный
3. Комбинированный резистивный / реактивный
4. Электронный.

В зависимости от вашей цели, вы можете выбрать постоянный банк груза или арендный банк груза, который является мобильным для удобства транспортировки и использования. Каждый тип банка нагрузки, как описано выше, имеет свои преимущества и недостатки.

1. Резистивный

Группы резистивной нагрузки являются наиболее распространенными. Банк резистивной нагрузки позволяет тестировать первичный двигатель и генератор на 100% мощности. В этом методе используется простой процесс измерения нагрузок: электрическая энергия преобразуется в тепло через резисторы, а тепло рассеивается через воздух или воду.

Этот тип моделирует реальные нагрузки, включая мощность первичного двигателя (кВт), средства управления первичным двигателем и переходную характеристику (Гц), но имеет ограниченные возможности тестирования мощности генератора (кВАр), средств управления генератором, средств управления распределением нагрузки (только кВт). ), распределительной шиной и переходной характеристикой (напряжением).

Блоки резистивной нагрузки доступны в широком спектре вариантов, от портативности до размера и диапазона мощности:

• Портативный DC
• AC маленький переносной
• AC большой переносной
• AC на прицепе
• AC стационарный
• Переменный ток среднего / высокого напряжения
• Радиатор переменного тока с охлаждением
• AC с водяным охлаждением.

Эти опции позволяют проводить испытания в соответствии с вашими конкретными критериями проектирования и эксплуатационными потребностями. Блоки резистивной нагрузки лучше всего использовать для:

• Генераторы мощностью менее 200 кВА
• Генераторы переносные
• Малые генераторы
• ИБП.

2. Реактивный

Блок реактивной нагрузки проверяет нагрузки с конденсатором или катушкой индуктивности в нагрузке. Этот процесс преобразует электрическую энергию в магнитное поле.Индуктивные нагрузки встречаются чаще, чем батареи емкостных нагрузок. Блок индуктивной нагрузки может тестировать только до 75% теста полной мощности, в то время как тестирование батареи емкостной нагрузки работает примерно так же, за исключением того, что оно создает нагрузки с опережающим коэффициентом мощности, которые имитируют некоторые электронные и нелинейные нагрузки.

Блоки реактивной нагрузки

подходят для тестирования устройств с моторным приводом и трансформаторов, обычно используемых в телекоммуникационной отрасли и в сфере ИБП.

3. Комбинированный резистивный / реактивный

Комбинированные блоки резистивной / реактивной нагрузки используют характеристики, обнаруженные в банках резистивной нагрузки, а также характеристики, которые последний не может измерить.Банки резистивной / реактивной нагрузки могут тестировать:

• Мощность первичного двигателя (кВт)
• Органы управления первичным двигателем
• Мощность генератора (кВАр)
• Блок управления генератором
• Регуляторы распределения нагрузки (кВт и кВАр)
• Распределительный автобус
• Переходная характеристика (Гц)
• Переходная характеристика (напряжение).

Группы резистивной / реактивной нагрузки лучше всего подходят для:

• Генераторы мощностью более 200 кВА
• Генераторы мощностью от 1 МВА и выше
• Отдельные блоки
• Несколько единиц.

4. Электронный

Электронный блок нагрузки может тестировать среднюю и пиковую нагрузочную способность. Для проведения теста к источнику питания прикладывают электрическую нагрузку. Электронный банк нагрузки превосходит и дает более точные данные, чем результаты, полученные из других типов банков нагрузки и испытаний. Недостаток в цене — электронное нагрузочное тестирование дороже. Электронные блоки нагрузки являются программируемыми и могут использоваться для тестирования систем генераторов любого размера в любой отрасли.

Как видите, тестирование банка нагрузки необходимо — и даже необходимо — но есть много вариантов, которые следует учитывать. В Worldwide Power Products мы предлагаем грузовые банки для покупки и аренды на нашей базе в Хьюстоне, штат Техас. Мы можем помочь вам определить, что лучше всего подойдет для ваших производственных нужд и аварийного планирования. Мы намерены держать питание включенным даже во время чрезвычайных ситуаций.

11.2: Истинная, реактивная и полная мощность

Реактивная мощность

Мы знаем, что реактивные нагрузки, такие как катушки индуктивности и конденсаторы, рассеивают нулевую мощность, однако тот факт, что они понижают напряжение и потребляют ток, создает обманчивое впечатление, что они на самом деле рассеивают мощность.Эта «фантомная мощность» называется реактивной мощностью , и она измеряется в единицах, называемых вольт-ампер-реактивная мощность (ВАР), а не в ваттах. Математическим обозначением реактивной мощности является (к сожалению) заглавная буква Q.

.

Истинная сила

Фактическая мощность, используемая или рассеиваемая в цепи, называется истинной мощностью и измеряется в ваттах (как всегда, обозначается заглавной буквой P).

Полная мощность

Комбинация реактивной мощности и истинной мощности называется кажущейся мощностью и является произведением напряжения и тока цепи без учета фазового угла.Полная мощность измеряется в единицах вольт-ампер, (ВА) и обозначается заглавной буквой S.

Расчет реактивной, истинной или полной мощности

Как правило, истинная мощность является функцией рассеивающих элементов схемы, обычно сопротивления (R). Реактивная мощность зависит от реактивного сопротивления цепи (X). Полная мощность — это функция полного сопротивления цепи (Z). Поскольку для расчета мощности мы имеем дело со скалярными величинами, любые комплексные начальные величины, такие как напряжение, ток и импеданс, должны быть представлены их полярными величинами , а не действительными или мнимыми прямоугольными составляющими.Например, если я вычисляю истинную мощность по току и сопротивлению, я должен использовать полярную величину для тока, а не просто «реальную» или «мнимую» часть тока. Если я рассчитываю полную мощность по напряжению и импедансу, обе эти ранее комплексные величины должны быть уменьшены до их полярных величин для скалярной арифметики.

Существует несколько уравнений мощности, связывающих три типа мощности с сопротивлением, реактивным сопротивлением и импедансом (все с использованием скалярных величин):

Обратите внимание, что существует два уравнения для расчета истинной и реактивной мощности.Для расчета полной мощности доступны три уравнения, P = IE используется для только для этой цели. Изучите следующие схемы и посмотрите, как эти три типа мощности взаимосвязаны: чисто резистивная нагрузка на рисунке ниже, чисто реактивная нагрузка на рисунке ниже и резистивная / реактивная нагрузка на рисунке ниже.

Только резистивная нагрузка

Истинная мощность, реактивная мощность и полная мощность для чисто резистивной нагрузки.

Только реактивная нагрузка

Истинная мощность, реактивная мощность и полная мощность для чисто реактивной нагрузки.

Активная / реактивная нагрузка

Истинная мощность, реактивная мощность и полная мощность для резистивной / реактивной нагрузки.

Треугольник власти

Эти три типа мощности — истинная, реактивная и полная — связаны друг с другом в тригонометрической форме. Мы называем это треугольником мощности : (рисунок ниже).

Треугольник мощности, связывающий кажущуюся мощность с реальной и реактивной мощностью.

Используя законы тригонометрии, мы можем найти длину любой стороны (количество любого типа мощности), учитывая длины двух других сторон или длину одной стороны и угол.

Обзор

• Мощность, рассеиваемая нагрузкой, обозначается как истинная мощность . Истинная мощность обозначается буквой P и измеряется в ваттах (Вт).
• Мощность, просто потребляемая и возвращаемая нагрузкой из-за ее реактивных свойств, называется реактивной мощностью .Реактивная мощность обозначается буквой Q и измеряется в вольт-амперных реактивных единицах (ВАР).
• Полная мощность в цепи переменного тока, как рассеиваемая, так и поглощенная / возвращаемая, обозначается как полная мощность . Полная мощность обозначается буквой S и измеряется в вольт-амперах (ВА).
• Эти три типа мощности тригонометрически связаны друг с другом. В прямоугольном треугольнике P = смежная длина, Q = противоположная длина и S = ​​длина гипотенузы.Противоположный угол равен фазовому углу импеданса цепи (Z).

КОРРЕКЦИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ

— Прикладное промышленное электричество

Рассмотрим схему для однофазной системы питания переменного тока, в которой источник переменного напряжения 120 В, 60 Гц подает питание на резистивную нагрузку: (рисунок ниже)

Источник переменного тока управляет чисто резистивной нагрузкой.

[латекс] Z = 60 + j0 \ Omega \ textbf {или} 60 \ Omega \ angle \ text {0 °} [/ latex]

[латекс] \ begin {align} I & = \ frac {E} {Z} \\ & = \ frac {120V} {60Ω} \\ & = \ mathbf {2A} \ end {align} [/ latex]

В этом примере ток нагрузки будет 2 ампера, среднеквадратичное значение.Мощность, рассеиваемая на нагрузке, составит 240 Вт. Поскольку эта нагрузка является чисто резистивной (без реактивного сопротивления), ток находится в фазе с напряжением, и расчеты выглядят аналогично расчетам в эквивалентной цепи постоянного тока. Если бы мы построили кривые напряжения, тока и мощности для этой схемы, это выглядело бы так, как показано на рисунке ниже.

Рисунок 7.1 Ток синфазен с напряжением в резистивной цепи.

Обратите внимание, что форма сигнала мощности всегда положительная, а не отрицательная для этой резистивной цепи.Это означает, что мощность всегда рассеивается резистивной нагрузкой и никогда не возвращается к источнику, как это происходит с реактивными нагрузками. Если бы источником был механический генератор, для поворота вала потребовалось бы 240 Вт механической энергии (около 1/3 лошадиных сил).

Также обратите внимание, что форма сигнала мощности не соответствует частоте напряжения или тока! Скорее, его частота составляет удвоенных частоты сигнала напряжения или тока. Эта другая частота запрещает нам выражать мощность в цепи переменного тока с использованием тех же сложных (прямоугольных или полярных) обозначений, которые используются для напряжения, тока и импеданса, потому что эта форма математической символики подразумевает неизменные фазовые отношения.Когда частоты не совпадают, фазовые отношения постоянно меняются.

Как ни странно это может показаться, лучший способ продолжить вычисления мощности переменного тока — это использовать нотацию скаляра и обрабатывать любые соответствующие фазовые отношения с помощью тригонометрии.

Цепь переменного тока с чисто реактивной нагрузкой

Для сравнения рассмотрим простую цепь переменного тока с чисто реактивной нагрузкой на рисунке ниже.

Цепь переменного тока с чисто реактивной (индуктивной) нагрузкой.

[латекс] X_L = 60.319 \ Omega [/ латекс]

[латекс] Z = 0 + j60,319 \ Omega \ text {или} 60,319 Ом \ угол \ текст {90 °} [/ латекс]

[латекс] \ begin {align} I & = \ frac {E} {Z} \\ & = \ frac {120V} {60.319 \ Omega} \\ & \ mathbf {= 1.989A} \ end {align} [ / латекс]

Рисунок 7.2 Мощность не рассеивается в чисто реактивной нагрузке. Хотя он попеременно поглощается источником и возвращается обратно.

Обратите внимание, что мощность одинаково чередуется между положительными и отрицательными циклами.(Рисунок выше) Это означает, что мощность поочередно поглощается и возвращается к источнику. Если бы источником был механический генератор, для вращения вала не потребовалось бы (практически) никакой полезной механической энергии, потому что нагрузка не использовала бы никакой энергии. Вал генератора можно было бы легко вращать, а катушка индуктивности не нагревалась бы, как резистор.

Цепь переменного тока с резистивной и чисто реактивной нагрузкой

Теперь давайте рассмотрим цепь переменного тока с нагрузкой, состоящей из индуктивности и сопротивления, как показано на рисунке ниже.

цепь с реактивным сопротивлением и сопротивлением.

[латекс] X_L = 60,319 \ Omega [/ латекс]

[латекс] Z_L = 0 + j60.319 \ Omega [/ latex] или [латекс] 60.319 \ Omega \ угол 90 ° [/ латекс]

[латекс] Z_R = 60 + j0 \ Omega [/ латекс] или [латекс] 60 \ Omega \ угол 0 ° [/ латекс]

[латекс] Z _ {\ text {total}} = 60+ j60.319 \ Omega [/ latex] или [латекс] 85.078 \ Omega \ angle 45.152 ° [/ latex]

[латекс] \ text {I} = \ frac {E} {Z _ {\ text {total}}} = \ frac {120V} {85.078 \ Omega} = \ mathbf {1.410A} [/ латекс]

При частоте 60 Гц индуктивность 160 миллигенри дает нам индуктивное реактивное сопротивление 60,319 Ом. Это реактивное сопротивление в сочетании с сопротивлением 60 Ом образует полное сопротивление нагрузки 60 + j60,319 Ом, или 85,078 Ом 45,152 ^или . Если нас не интересуют фазовые углы (чего мы еще не достигли), мы можем рассчитать ток в цепи, взяв полярную величину источника напряжения (120 вольт) и разделив ее на полярную величину импеданса. (85.078 Ом). При напряжении источника питания 120 вольт RMS ток нагрузки составляет 1,410 ампер. Это цифра, которую покажет амперметр RMS, если он подключен последовательно с резистором и катушкой индуктивности.

Мы уже знаем, что реактивные компоненты рассеивают нулевую мощность, поскольку они в равной степени поглощают мощность и возвращают мощность в остальную часть схемы. Следовательно, любое индуктивное реактивное сопротивление в этой нагрузке также будет рассеивать нулевую мощность. Единственное, что здесь остается для рассеивания мощности, — это резистивная часть импеданса нагрузки.Если мы посмотрим на график формы волны напряжения, тока и полной мощности для этой схемы, мы увидим, как эта комбинация работает на рисунке ниже.

Рисунок 7.3 Комбинированная резистивная / реактивная цепь рассеивает больше мощности, чем возвращается к источнику. Реактивное сопротивление не рассеивает мощность; хотя резистор делает.

Как и в любой реактивной цепи, мощность с течением времени чередуется между положительными и отрицательными мгновенными значениями. В чисто реактивной схеме чередование положительной и отрицательной мощности делится поровну, в результате чего рассеиваемая полезная мощность равна нулю.Однако в схемах со смешанным сопротивлением и реактивным сопротивлением, подобных этой, форма волны мощности по-прежнему будет чередоваться между положительной и отрицательной, но количество положительной мощности будет превышать количество отрицательной мощности. Другими словами, комбинированная индуктивная / резистивная нагрузка потребляет больше энергии, чем возвращается к источнику.

Глядя на график формы волны для мощности, должно быть очевидно, что волна проводит больше времени на положительной стороне центральной линии, чем на отрицательной, что указывает на то, что нагрузка потребляет больше мощности, чем возвращается в цепь.То небольшое возвращение мощности происходит из-за реактивного сопротивления; Несбалансированность положительной и отрицательной мощности происходит из-за сопротивления, поскольку она рассеивает энергию за пределами цепи (обычно в виде тепла). Если бы источником был механический генератор, количество механической энергии, необходимое для вращения вала, было бы суммой мощности, усредненной между положительным и отрицательным циклами мощности.

Математическое представление мощности в цепи переменного тока является сложной задачей, потому что волна мощности не имеет той же частоты, что и напряжение или ток.Кроме того, фазовый угол для мощности означает нечто совершенно иное, чем фазовый угол для напряжения или тока. В то время как угол для напряжения или тока представляет собой относительный сдвиг на во времени между двумя волнами, фазовый угол для мощности представляет собой отношение между рассеиваемой мощностью и возвращаемой мощностью. Из-за того, что мощность переменного тока отличается от напряжения или тока переменного тока, на самом деле легче получить цифры для мощности, вычислив с помощью скаляра величины напряжения, тока, сопротивления и реактивного сопротивления, чем пытаться получить их из вектор или комплексные величины напряжения, тока и импеданса, с которыми мы работали до сих пор.

• В чисто резистивной цепи вся мощность схемы рассеивается резисторами. Напряжение и ток синфазны.
• В чисто реактивной цепи мощность цепи не рассеивается нагрузкой (ами). Напротив, мощность поочередно поглощается и возвращается к источнику переменного тока. Напряжение и ток сдвинуты по фазе на 90 °.
• В цепи, состоящей из смешанного сопротивления и реактивного сопротивления, мощность, рассеиваемая нагрузкой (ами), будет больше, чем возвращаемая, но некоторая мощность определенно будет рассеиваться, а некоторая будет просто поглощаться и возвращаться.Напряжение и ток в такой цепи будут сдвинуты по фазе на величину где-то между 0 ° и 90 °.

Реактивная мощность

Мы знаем, что реактивные нагрузки, такие как катушки индуктивности и конденсаторы, рассеивают нулевую мощность, но тот факт, что они понижают напряжение и потребляют ток, создает обманчивое впечатление, что на самом деле они рассеивают мощность. Эта «фантомная мощность» называется реактивной мощностью и измеряется в единицах, называемых вольт-ампер-реактивная мощность (ВАР), а не в ваттах.Математическим обозначением реактивной мощности является (к сожалению) заглавная буква Q.

.

Истинная сила

Фактическая мощность, используемая или рассеиваемая в цепи, называется истинной мощностью и измеряется в ваттах (как всегда, обозначается заглавной буквой P).

Полная мощность

Комбинация реактивной мощности и истинной мощности называется полной мощностью , и она является произведением напряжения и тока в цепи без учета фазового угла.Полная мощность измеряется в единицах вольт-ампер, (ВА) и обозначается заглавной буквой S.

Расчет реактивной, истинной или полной мощности

Как правило, истинная мощность зависит от рассеивающих элементов схемы, обычно от сопротивления (R). Реактивная мощность зависит от реактивного сопротивления цепи (X). Полная мощность — это функция полного сопротивления цепи (Z). Поскольку для расчета мощности мы имеем дело со скалярными величинами, любые комплексные начальные величины, такие как напряжение, ток и импеданс, должны быть представлены их полярными величинами , а не действительными или мнимыми прямоугольными составляющими.Например, если я вычисляю истинную мощность по току и сопротивлению, я должен использовать полярную величину для тока, а не просто «реальную» или «мнимую» часть тока. Если я рассчитываю полную мощность по напряжению и импедансу, обе эти ранее комплексные величины должны быть уменьшены до их полярных величин для скалярной арифметики.

Уравнения, использующие скалярные величины

Существует несколько уравнений мощности, связывающих три типа мощности с сопротивлением, реактивным сопротивлением и импедансом (все с использованием скалярных величин):

Истинная мощность

[латекс] \ begin {align} \ tag {7.2} {Z} \ end {align} [/ latex]

Измеряется в единицах Вольт-Ампер (ВА)

Обратите внимание, что существует два уравнения для расчета истинной и реактивной мощности. Для расчета полной мощности доступны три уравнения, P = IE используется для этой цели только . Изучите следующие схемы и посмотрите, как эти три типа мощности взаимосвязаны: чисто резистивная нагрузка, чисто реактивная нагрузка и резистивная / реактивная нагрузка.2Z = 169,256ВА [/ латекс]

Истинная мощность, реактивная мощность и полная мощность для резистивной / реактивной нагрузки.

Треугольник власти

Эти три типа мощности — истинная, реактивная и полная — связаны друг с другом в тригонометрической форме. Мы называем это треугольником мощности : (рисунок ниже).

Рисунок 7.4 Треугольник мощности, связывающий кажущуюся мощность с реальной и реактивной мощностью.

Используя законы тригонометрии, мы можем найти длину любой стороны (количество любого типа мощности), учитывая длины двух других сторон или длину одной стороны и угол.

• Мощность, рассеиваемая нагрузкой, обозначается как истинная мощность , . Истинная мощность обозначается буквой P и измеряется в ваттах (Вт).
• Мощность, просто поглощаемая и возвращаемая нагрузкой из-за ее реактивных свойств, называется реактивной мощностью . Реактивная мощность обозначается буквой Q и измеряется в вольт-амперных реактивных единицах (ВАР).
• Полная мощность в цепи переменного тока, как рассеиваемая, так и поглощаемая / возвращаемая, обозначается как полная мощность .Полная мощность обозначается буквой S и измеряется в вольт-амперах (ВА).
• Эти три типа мощности тригонометрически связаны друг с другом. В прямоугольном треугольнике P = смежная длина, Q = противоположная длина и S = ​​длина гипотенузы. Противоположный угол равен фазовому углу импеданса цепи (Z).

Как упоминалось ранее, угол этого «треугольника мощности» графически показывает соотношение между количеством рассеиваемой (или потребляемой ) мощности и количеством потребляемой / возвращаемой мощности.Кроме того, это тот же угол, что и импеданс цепи в полярной форме. Выраженное в виде дроби это соотношение между истинной мощностью и полной мощностью называется коэффициентом мощности для этой схемы. Поскольку истинная мощность и полная мощность образуют смежные стороны прямоугольного треугольника и стороны гипотенузы, соответственно, коэффициент мощности также равен косинусу этого фазового угла. Используя значения из схемы последнего примера:

Коэффициент мощности

[латекс] \ tag {7.4} PF = \ frac {P} {S} = \ frac {IECosθ} {IE} = Cosθ [/ латекс]

[латекс] Коэффициент мощности = \ frac {119,365 Вт} {169,256 ВА} [/ латекс]

[латекс] Коэффициент мощности = 0,705 [/ латекс]

[латекс] \ mathbf {Cos 45,152 ° = 0,705} [/ латекс]

Следует отметить, что коэффициент мощности, как и все измерения коэффициента мощности, является безразмерной величиной .

Значения коэффициента мощности

Для чисто резистивной схемы коэффициент мощности равен 1 (идеальный), потому что реактивная мощность равна нулю.Здесь треугольник мощности будет выглядеть как горизонтальная линия, потому что противоположная сторона (реактивная мощность) будет иметь нулевую длину.

Для чисто индуктивной цепи коэффициент мощности равен нулю, потому что истинная мощность равна нулю. Здесь треугольник мощности будет выглядеть как вертикальная линия, потому что прилегающая сторона (истинная мощность) будет иметь нулевую длину.

То же самое можно сказать и о чисто емкостной цепи. Если в цепи нет диссипативных (резистивных) компонентов, то истинная мощность должна быть равна нулю, что делает любую мощность в цепи чисто реактивной.Треугольник мощности для чисто емкостной цепи снова будет вертикальной линией (направленной вниз, а не вверх, как это было для чисто индуктивной цепи).

Важность коэффициента мощности

Коэффициент мощности

может быть важным аспектом, который следует учитывать в цепи переменного тока, поскольку любой коэффициент мощности меньше 1 означает, что проводка схемы должна пропускать больший ток, чем тот, который был бы необходим при нулевом реактивном сопротивлении в цепи для обеспечения того же количества ( true) мощность резистивной нагрузки.Если бы наша последняя примерная схема была чисто резистивной, мы могли бы подавать на нагрузку полную мощность 169,256 Вт при том же токе 1,410 А, а не просто 119,365 Вт, которые она в настоящее время рассеивает с той же величиной тока. Низкий коэффициент мощности приводит к неэффективной системе подачи энергии.

Низкий коэффициент мощности

Низкий коэффициент мощности можно исправить, как это ни парадоксально, добавив в схему еще одну нагрузку, потребляющую равную и противоположную величину реактивной мощности, чтобы нейтрализовать влияние индуктивного реактивного сопротивления нагрузки.Индуктивное реактивное сопротивление можно нейтрализовать только емкостным реактивным сопротивлением, поэтому мы должны добавить конденсатор параллельно нашей примерной схеме в качестве дополнительной нагрузки. Эффект от этих двух противоположных реактивных сопротивлений, включенных параллельно, заключается в том, чтобы довести полное сопротивление цепи до ее полного сопротивления (чтобы фазовый угол импеданса был равен нулю или, по крайней мере, ближе к нему).

Поскольку мы знаем, что (нескорректированная) реактивная мощность составляет 119,998 ВАР (индуктивная), нам необходимо рассчитать правильный размер конденсатора, чтобы получить такое же количество (емкостной) реактивной мощности.2} {119.998VAR} [/ латекс]

[латекс] X = 120,002 Ом [/ латекс]

[латекс] X_C = \ frac {1} {2πfC} [/ латекс]

Решение для C:

[латекс] C = \ frac {1} {2πfX_C} [/ латекс]

[латекс] C = \ frac {1} {2π (60 Гц) (120,002 Ом} [/ латекс]

[латекс] C = 22,105 мкФ [/ латекс]

Давайте возьмем округленное значение емкости конденсатора 22 мкФ и посмотрим, что произойдет с нашей схемой: (рисунок ниже)

[латекс] Z _ {\ text {total}} = Z_C // (Z_L — Z_R) [/ латекс]

[латекс] Z _ {\ text {total}} = (120.2Z = 119,366ВА [/ латекс]

Коэффициент мощности схемы в целом был существенно улучшен. Основной ток был уменьшен с 1,41 ампера до 994,7 миллиампера, в то время как мощность, рассеиваемая на нагрузочном резисторе, осталась неизменной и составила 119,365 Вт. Коэффициент мощности намного ближе к 1:

.

[латекс] PF = \ frac {P} {S} [/ латекс]

[латекс] PF = \ frac {119.365W} {119.366VA} [/ латекс]

[латекс] PF = 0,9999887 [/ латекс]

[латекс] \ text {Импендансный (полярный) угол} = 0.272 ° [/ латекс]

Поскольку угол импеданса по-прежнему является положительным числом, мы знаем, что схема в целом по-прежнему является более индуктивной, чем емкостной. Если бы наши усилия по коррекции коэффициента мощности были идеально точными, мы бы достигли угла импеданса, равного точно нулю, или чисто резистивного. Если бы мы добавили слишком большой конденсатор параллельно, мы бы получили отрицательный угол импеданса, что указывало на то, что цепь была более емкостной, чем индуктивной.

Следует отметить, что слишком большая емкость в цепи переменного тока приведет к низкому коэффициенту мощности, а также к слишком большой индуктивности.Вы должны быть осторожны, чтобы не чрезмерно скорректировать при добавлении емкости в цепь переменного тока. Вы также должны быть очень осторожны, , чтобы использовать подходящие конденсаторы для работы (рассчитанные на соответствующие напряжения в энергосистеме и случайные скачки напряжения от ударов молнии, для непрерывной работы переменного тока и способные выдерживать ожидаемые уровни тока).

Если схема является преимущественно индуктивной, мы говорим, что ее коэффициент мощности составляет , отстает от (потому что волна тока для схемы отстает от волны приложенного напряжения).И наоборот, если схема преимущественно емкостная, мы говорим, что ее коэффициент мощности составляет перед . Таким образом, наша примерная схема была запущена с коэффициентом мощности 0,705 с запаздыванием и была скорректирована до коэффициента мощности с запаздыванием 0,999.

Низкий коэффициент мощности в цепи переменного тока может быть «скорректирован» или восстановлен до значения, близкого к 1, путем добавления параллельного реактивного сопротивления, противоположного влиянию реактивного сопротивления нагрузки. Если реактивное сопротивление нагрузки является индуктивным по своей природе (что почти всегда будет), параллельная емкость — это то, что необходимо для корректировки низкого коэффициента мощности.

Когда возникает необходимость исправить низкий коэффициент мощности в системе питания переменного тока, у вас, вероятно, не будет роскоши знать точную индуктивность нагрузки в генри, чтобы использовать ее для своих расчетов. Возможно, вам повезло иметь прибор, называемый измерителем коэффициента мощности, который сообщит вам, каков коэффициент мощности (число от 0 до 1) и полную мощность (которую можно вычислить, сняв показания вольтметра в вольтах и ​​умножив их на показание амперметра в амперах). В менее благоприятных обстоятельствах вам, возможно, придется использовать осциллограф для сравнения форм сигналов напряжения и тока, измерения фазового сдвига в градусах и вычисления коэффициента мощности по косинусу этого фазового сдвига.Скорее всего, у вас будет доступ к ваттметру для измерения истинной мощности, показания которого вы можете сравнить с расчетом полной мощности (умножением общего напряжения на измерения общего тока). По значениям истинной и полной мощности вы можете определить реактивную мощность и коэффициент мощности.

Давайте рассмотрим пример задачи, чтобы увидеть, как это работает: (Рисунок ниже)

Как рассчитать полную мощность в кВА

Во-первых, нам нужно рассчитать полную мощность в кВА.Мы можем сделать это, умножив напряжение нагрузки на ток нагрузки:

[латекс] S = IE [/ латекс]

[латекс] S = (9,615A) (240 В) [/ латекс]

[латекс] S = 2,308 кВА [/ латекс]

Как мы видим, 2,308 кВА — это намного больше, чем 1,5 кВт, что говорит нам о том, что коэффициент мощности в этой схеме довольно низкий (существенно меньше 1). Теперь рассчитаем коэффициент мощности этой нагрузки, разделив истинную мощность на полную:

[латекс] PF = \ frac {P} {S} [/ латекс]

[латекс] PF = \ frac {1.5кВт} {2,308кВА} [/ латекс]

[латекс] PF = 0,65 [/ латекс]

Используя это значение для коэффициента мощности, мы можем нарисовать треугольник мощности и по нему определить реактивную мощность этой нагрузки: (Рисунок ниже) Реактивная мощность может быть рассчитана из истинной мощности и полной мощности. 2} {1.754kVAR} [/ латекс]

[латекс] X = 32,845 Ом [/ латекс]

[латекс] X_C = \ frac {1} {2πfC} [/ латекс]

Решение для C:

[латекс] C = \ frac {1} {2πfX_C} [/ латекс]

[латекс] C = \ frac {1} {2π (60 Гц) (32,845 Ом} [/ латекс]

[латекс] C = 80,761 мкФ [/ латекс]

Округляя этот ответ до 80 мкФ, мы можем поместить конденсатор этого размера в схему и вычислить результаты: (рисунок ниже)

Конденсатор 80 мкФ будет иметь емкостное реактивное сопротивление 33.157 Ом, что дает ток 7,238 ампер и соответствующую реактивную мощность 1,737 кВАр (для конденсатора только ). Поскольку ток конденсатора на 180 ^o не совпадает по фазе с индуктивным вкладом нагрузки в потребляемый ток, реактивная мощность конденсатора будет напрямую вычитаться из реактивной мощности нагрузки, в результате чего получится:

[латекс] X_L — X_C = X [/ латекс]

[латекс] 1,754 кВАр — 1,737 кВАр = 16,519 вар [/ латекс]

Эта поправка, конечно, не изменит количество истинной мощности, потребляемой нагрузкой, но приведет к значительному снижению кажущейся мощности и общего тока, потребляемого от источника 240 В: (рисунок ниже)

Новая полная мощность может быть найдена из истинных и новых значений реактивной мощности, используя стандартную форму теоремы Пифагора:

[латекс] S = √Q ^ 2 + P ^ 2 [/ латекс]

[латекс] S = 1.50009кВА [/ латекс]

4.1.3 Расчет реактивной нагрузки и реактивной линии нагрузки — ламповые усилители

Трансформатор — это реактивная нагрузка, которая обеспечивает сопротивление только тогда, когда сигнал переменного тока проходит через его первичную обмотку. Первичная обмотка трансформатора практически не имеет полного сопротивления, если к ней приложен только постоянный ток. Когда на сетку не подается сигнал, вакуумная лампа находится в состоянии покоя, и на ее аноде не создается сигнал переменного тока. В этом случае через первичную обмотку трансформатора проходит только постоянный ток, и анод не видит никакого сопротивления.Кроме того, сигнал не передается с первичной обмотки трансформатора на вторичную.

Поскольку нет импеданса и нет падения напряжения, анод получает полное напряжение V + в реактивной рабочей точке покоя . Соответственно, ток покоя — это ток, связанный с V + на графике, соответствующем выбранному напряжению смещения сетки.

Когда анод выдает сигнал переменного тока, трансформатор предлагает сопротивление, и анодное напряжение и ток начинают колебаться вокруг рабочей точки вдоль линии реактивной нагрузки .Реактивная линия нагрузки параллельна резистивной линии нагрузки , которую можно вычислить, как описано в разделе 3.2, и сдвинуть так, чтобы она проходила через реактивную рабочую точку. На рисунке 19 показаны резистивная линия нагрузки (зеленая линия) и реактивная линия нагрузки (красная линия) в соответствии с нагрузкой 3,8 кОм, напряжением V + = 400 В и током смещения 40 мА. Красная линия параллельна зеленой линии и сдвинута выше, так что она проходит через реактивную рабочую точку (красное пятно).

Рисунок 19: Реактивная линия нагрузки.
В случае резистивной нагрузки с анодным напряжением 400 В линия нагрузки будет проходить вдоль зеленой линии, а рабочая точка с током смещения 40 мА будет находиться в зеленой точке. Однако выходной трансформатор имеет реактивное поведение. В этом случае сопротивление возникает только тогда, когда через него проходит сигнал переменного тока. Когда вакуумная лампа находится в состоянии покоя, сопротивления нет, поэтому напряжение покоя остается 400 В независимо от тока смещения. В случае тока смещения 40 мА рабочая точка обозначена красным пятном.Когда вакуумная лампа усиливает сигнал переменного тока, переменный ток проходит от анода к катоду и проходит через трансформатор, который теперь обеспечивает сопротивление. В этом случае линия нагрузки, изображенная красной линией, параллельна резистивной линии нагрузки и смещена так, что проходит через реактивную рабочую точку. Обратите внимание, что напряжение, достигаемое анодом, в случае реактивной нагрузки может быть выше, чем напряжение V +, приложенное к первичной обмотке трансформатора. Это происходит из-за того, что трансформатор реагирует на изменения тока, соответственно фактически накапливая и высвобождая энергию.

Пример 8 ниже поясняет это. Также попробуйте калькулятор грузовой марки для электронных ламп и поэкспериментируйте с различными настройками.

Пример 8 : Определение реактивной линии нагрузки Если бы у нас была резистивная нагрузка, мы могли бы вычислить линию нагрузки, как описано в разделе 3.2. Например, предположим, что у нас есть нагрузка 3,8 кОм и напряжение V + 400 В. При отсутствии проводимости анодное напряжение было бы 400 В. При полной проводимости анодное напряжение было бы 0, а ток — 400 В / 3.8 кОм = 105 мА. В этом случае резистивная линия нагрузки была бы представлена ​​зеленой линией на рисунке 19. Ток смещения 40 мА установил бы рабочую точку покоя в зеленой точке на рисунке. Однако в нашем случае нагрузка представляет собой выходной трансформатор, который имеет реактивную нагрузку. Трансформатор оказывает сопротивление только сигналам переменного тока, которые проходят через него. Сопротивления постоянному току почти нет. Более конкретно, когда вакуумная лампа находится в состоянии покоя, только постоянный ток проходит от анода к катоду, что соответствует току смещения.В этом случае трансформатор не оказывает сопротивления. Это означает, что напряжение, приложенное к аноду, такое же, как напряжение V +, приложенное к первичной обмотке трансформатора, 400 В в нашем примере. Таким образом, ток смещения 40 мА устанавливает реактивную рабочую точку , как показано красным пятном на рисунке 19. Когда сигнал переменного тока проходит через вакуумную трубку, трансформатор предлагает свое сопротивление 3,8 кОм, поэтому анодное напряжение и ток начать колебаться вдоль линии реактивной нагрузки , представленной красной линией на рисунке.Обратите внимание, что реактивная линия нагрузки параллельна резистивной линии нагрузки и смещена выше, так что она проходит через реактивную рабочую точку. Может показаться странным, что анодное напряжение теперь может достигать значений выше 400 В, подаваемых на первичную обмотку трансформатора. Однако это происходит из-за того, что трансформатор реагирует на изменения тока, фактически накапливая и высвобождая энергию в соответствии с этими изменениями.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Китай Индивидуальный банк резистивной реактивной нагрузки, профессиональные производители, поставщики — прямая цена с завода

Описание продукта и применение

Этот банк нагрузки разработан для испытания морских генераторов мощностью 2500 кВА. Наша испытательная система отличается высокой производительностью, безопасностью и надежностью, интеграцией модулей, удобной в обслуживании, отражает передовой международный и отечественный ведущий уровень технологий. Нагрузочные испытания судового генератора переменного тока 2500 кВА.
Испытательное устройство, совместимое с международными стандартами, морскими стандартами, национальными стандартами, национальными военными стандартами газотурбинных электростанций и отраслевыми стандартами для выработки требований к испытаниям.

Основные функции банка нагрузки

* Измеряются основные функции, такие как трехфазное напряжение, ток, активная мощность, реактивная мощность, полная мощность, коэффициент мощности, частота, время работы и т. Д.;
* Может отображаться числовое значение установившегося трехфазного напряжения, трехфазного тока, активной мощности, реактивной мощности, полной мощности, коэффициента мощности, частоты, времени работы и других параметров.
* Напряжение, тест настройки частоты, волновой тест, функция переходного тестирования, может автоматически проверять максимальное, минимальное, максимальное, минимальное, максимальное, минимальное, минимальное и время восстановления напряжения;
* Пульт дистанционного управления компьютером.
* Автоматически создавать различные диаграммы, отчеты о тестировании.

Технические характеристики:

20

Компоненты системы	Блок нагрузки, управление, охлаждение, секция определения электрических параметров
Диапазон измерения переменного напряжения	трехфазный, 0-800 В переменного тока
Переменный ток	4000A
Реактивная мощность	1500,8 Квар
Активная мощность	2000 кВт
Группа резистивных нагрузок	с использованием индивидуального сплава сопротивления, высокая температура, антикоррозийность, высокая точность, длительный срок службы
Путь подключения	Медь
Режим мониторинга	Индикатор и интеллектуальный мониторинг на внешнем шкафу управления, дистанционное управление в соответствии с требованиями клиента
Испытательное напряжение	AC390-690V
Высота

0 100

Режим управления	loc al кнопка управления, пульт дистанционного управления, компьютерное управление
точность тестирования	± 0.5%
Коэффициент мощности	0,8
Рабочий метод	непрерывный
Рабочий источник питания	однофазный 220В переменного тока 50 Гц / трехфазный 380В переменного тока 50 Гц

05 Температура окружающей среды 55 ℃

Метод охлаждения	принудительное воздушное охлаждение, водяное охлаждение
Интерфейс связи	RS485, CAN
Класс изоляции	F
Защита от нагрузки 05 Защита от нагрузки 05 0 9.Аварийная остановка: принудительная разгрузка ручным ключом, не может быть загружена в состоянии блокировки аварийной остановки; 2. защита от короткого замыкания: цепь нагрузки оснащена предохранителем, автоматически разгружающимся при коротком замыкании; 3. Температурная защита: когда температура нагрузки превышает порог безопасности, автоматически удаляется и подается сигнал тревоги; 4. No related posts. Разное Похожие записи Как правильно промывать нос при насморке: эффективные методы и растворы 18.11.2024 Питание кормящей мамы: что можно есть при грудном вскармливании 17.11.2024 Лучшая зимняя обувь для детей 2 лет: выбираем комфортные и надежные модели 16.11.2024 Детская комната для новорожденного: оформление, дизайн и планировка 15.11.2024 Увлажнитель воздуха: польза и вред для здоровья, отзывы специалистов и пользователей 14.11.2024 Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт +7 495 120-13-73, 8 800 500-97-74; [email protected] [email protected] Карта сайта