Co je zdánlivý, činný a jalový výkon? od složitého k jednoduchému. Pojmy činný, zdánlivý a jalový výkon

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

Kompenzace jalového výkonu

V elektrických obvodech obsahujících kombinované odpory (zátěž), zejména aktivní (žárovky, elektrický ohřívač atd.) a indukční (elektromotory, distribuční transformátory, svářecí zařízení, zářivky atd.) součásti, je celkový výkon odebraný z sítě, lze vyjádřit následujícím vektorovým diagramem:

Fázové zpoždění proudu od napětí v indukčních prvcích způsobuje časové intervaly (viz obr.) Když mají napětí a proud opačná znaménka: napětí je kladné a proud záporné a naopak. V těchto okamžicích není výkon spotřebováván zátěží, ale je přiváděn zpět sítí směrem ke generátoru. V tomto případě se elektřina uložená v každém indukčním prvku šíří sítí a nerozptyluje se v aktivních prvcích, ale provádí oscilační pohyby (od zátěže ke generátoru a zpět). Odpovídající výkon se nazývá jalový výkon.

Celkový výkon je součtem činného výkonu, který vykonává užitečnou práci, a jalového výkonu, který se vynakládá na vytváření magnetických polí a vytváření dodatečného zatížení elektrických vedení. Poměr mezi zdánlivým a činným výkonem, vyjádřený jako kosinus úhlu mezi jejich vektory, se nazývá účiník.

Aktivní energie se přeměňuje na užitečnou – mechanickou, tepelnou a další energii. Jalová energie není spojena s výkonem užitečné práce, ale je nutné vytvořit elektromagnetické pole, jehož přítomnost je nezbytnou podmínkou pro provoz elektromotorů a transformátorů. Odběr jalového výkonu z napájecí organizace je nevhodný, neboť vede ke zvýšení výkonu generátorů, transformátorů, průřezu napájecích kabelů (snížení propustnosti), jakož i ke zvýšení činných ztrát a pokles napětí (v důsledku zvýšení jalové složky proudu napájecí sítě). Proto musí být jalový výkon získáván (generován) přímo od spotřebitele. Tato funkce se provádí kompenzační jednotky jalového výkonu (KRM), jehož hlavními prvky jsou kondenzátory.

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

Jalový výkon Q je úměrný jalovému proudu procházejícímu indukčním prvkem:
Q=UxIL,
kde IL je jalový (indukční) proud, U je síťové napětí. Celkový proud dodávající zátěž je tedy součtem aktivní a indukční složky:
I = IR + IL.
Pro snížení podílu jalového proudu v systému "generátor-zátěž" jsou paralelně se zátěží zapojeny kompenzátory (instalace KRM). V tomto případě se jalový výkon již nepohybuje mezi generátorem a zátěží, ale vytváří lokální oscilace mezi jalovými prvky - indukčními vinutími zátěže a kompenzátorem. Taková kompenzace jalového výkonu (snížení indukčního proudu v systému generátor-zátěž) umožňuje zejména přenést více činného výkonu na zátěž při stejném jmenovitém zdánlivém výkonu generátoru.

Proč je nutná kompenzace jalového výkonu?

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

Příklad: při cos(f) = 1 je pro přenos 500 KW v síti střídavého proudu 400 V potřeba proud 722 A. Pro přenos stejného činného výkonu s koeficientem cos(f) = 0,6 hodnota proudu stoupá. do 1203 A.

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

To vše je hlavním důvodem, proč společnosti dodávající energii vyžadují, aby spotřebitelé snížili podíl jalového výkonu v síti.
Řešením tohoto problému je kompenzace jalového výkonu - důležitou a nezbytnou podmínkou pro hospodárný a spolehlivý provoz podnikové napájecí soustavy. Tato funkce se provádí Zařízení pro kompenzaci jalového výkonu (KRM-kondenzátorové jednotky) , jehož hlavními prvky jsou kondenzátory.

Správná kompenzace jalového výkonu umožňuje:

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

Ve stávajících sítích navíc umožňuje:

eliminovat generování jalové energie do sítě během hodin minimálního zatížení;
snížit náklady na opravy a obnovu vozového parku elektrických zařízení;
zvýšit kapacitu napájecího systému spotřebitele, což umožní připojení dalších zátěží bez zvýšení nákladů na sítě;
poskytovat informace o parametrech a stavu sítě,

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

Kde je potřeba kompenzace jalového výkonu

Jedním z hlavních směrů snižování ztrát elektřiny a zvyšování účinnosti elektroinstalací průmyslových podniků je kompenzace jalového výkonu při současném zvyšování kvality elektřiny přímo v sítích podniků. Nižší účiník cos(ph) při stejném aktivním zatížení napájecích přijímačů tím větší je ztráta výkonu a úbytek napětí v prvcích napájecích systémů. Proto byste se měli vždy snažit získat nejvyšší hodnotu účiníku.
K řešení tohoto problému se používají kompenzační zařízení, tzv zařízení pro kompenzaci jalového výkonu (KRM), jehož hlavními prvky jsou kondenzátory. Použití instalací KRM umožňuje vyloučit platbu za odběr ze sítě a výrobu jalového výkonu do sítě, přičemž se výrazně sníží výše platby za spotřebovanou energii, určovaná tarify elektrizační soustavy.
Aplikace instalací KRM účinně v podnicích, kde se používají obráběcí stroje, kompresory, čerpadla, svařovací transformátory, elektrické pece, elektrolýzy a další spotřebiče energie s prudce se měnícím zatížením, to znamená v hutním, hornickém, potravinářském průmyslu, ve strojírenství, dřevozpracujícím a stavebním průmyslu výroba - tedy všude tam, kde se vzhledem ke specifikům výroby a technologických postupů pohybuje hodnota cos(f) od 0,5 do 0,8.

Aplikace kompenzačních jednotek jalového výkonu KRM nutné společnosti využívající:

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

Zdánlivé snížení výkonu s kompenzací jalového výkonu:

* údaje získané na základě zobecněných provozních zkušeností instalací KRM

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

Kompenzační metody

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

Proč je v elektrických distribučních sítích nutná kompenzace jalového výkonu?

Činný výkon je generován pouze generátory elektráren. Jalový výkon je generován generátory elektráren (synchronní motory stanic v režimu přebuzení), jakož i kompenzačními zařízeními (například kondenzátorové baterie).
Přenos jalového výkonu z generátorů přes elektrickou síť ke spotřebičům (indukčním výkonovým přijímačům) způsobuje náklady na činný výkon v síti ve formě ztrát a navíc zatěžuje prvky elektrické sítě, čímž snižuje jejich celkovou propustnost.
Takže například generátor o jmenovitém výkonu 1250 kVA při jmenovitém účiníku cosφ=0,8 může spotřebiteli poskytnout činný výkon rovný 1250 × 0,8 = 1000 kW. Pokud bude generátor fungovat s cosφ=0,6, pak bude síť přijímat činný výkon rovný 1250 × 0,6 = 750 kW (činný výkon je nevyužit o čtvrtinu).
Zvyšování výkonu jalového výkonu generátory stanic za účelem jeho dodání spotřebitelům se proto zpravidla nedoporučuje. Největšího ekonomického efektu se dosáhne, když jsou kompenzační zařízení (výroba jalového výkonu) umístěna v blízkosti indukčních výkonových přijímačů, které spotřebovávají jalový výkon.

Indukční přijímače nebo spotřebiče jalového výkonu

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

K čemu vede chybějící kompenzace jalového výkonu pro účastníky?

Pro transformátory s poklesem cosφ propustnost činného výkonu klesá v důsledku zvýšení jalového zatížení.
Hrubý nárůst výkonu při klesání cosφ vede ke zvýšení proudu a následně i výkonových ztrát, které jsou úměrné druhé mocnině proudu.
Zvýšení proudu vyžaduje zvětšení průřezů vodičů a kabelů a kapitálové náklady na elektrické sítě rostou.
Zvyšování proudu při současném snižování cosφ vede ke zvýšení ztráty napětí ve všech částech energetického systému, což způsobuje pokles napětí pro spotřebitele.
V průmyslových podnicích narušuje pokles napětí normální provoz elektrických přijímačů. Snižuje se frekvence otáčení elektromotorů, což vede ke snížení produktivity pracovních strojů, snižuje se produktivita elektrických pecí, zhoršuje se kvalita svařování, snižuje se světelný tok lamp, klesá propustnost továrních elektrických sítí, v důsledku toho se kvalita produktu zhoršuje.

Fyzikální aspekt procesu a praktický význam použití zařízení pro kompenzaci jalového výkonu

Abychom pochopili, co znamená pojem „jalový výkon“,

Připomeňme si definici pojmu elektrická energie. Jedná se o fyzikální veličinu, která vyjadřuje rychlost přenosu, spotřeby nebo výroby elektřiny v určitém čase.

Čím vyšší je výkon, tím větší je výkon elektroinstalace za určitou časovou jednotku. Termín "okamžitý výkon" znamená součin proudu a napětí pro jeden z momentů v jakékoli části elektrického obvodu.

Podívejme se na fyzický aspekt procesu.

Vezmeme-li obvody, ve kterých se vyskytuje stejnosměrný proud, tak tam se hodnota průměrného a okamžitého výkonu za určitou dobu rovná, ale není tam žádný jalový výkon. A v obvodech, kde dochází k jevu střídavého proudu, nastává výše uvedená situace pouze v případě, že je tam zátěž čistě aktivní. To se děje například u elektrického spotřebiče, jako je elektrický ohřívač. Při čistě odporové zátěži v obvodu za podmínek střídavého proudu se fáze proudu a napětí shodují a veškerý výkon je předán zátěži.

V případě indukční zátěže, jako například u elektromotorů, má proud fázovou prodlevu od napětí, a pokud je kapacitní, což je případ různých elektrických zařízení, pak proud naopak předbíhá napětí ve fázi. Vzhledem k tomu, že napětí a proud nemají fázovou shodu (s jalovou zátěží), pak jde plný výkon do zátěže jen částečně, mohl by jít úplně, kdyby fázový posun byl nulový, tedy aktivní zátěž.

Jaký je rozdíl mezi jalovým a činným výkonem

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

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

Proto, jalový výkon je termín, který charakterizuje zátěž. Jeho jednotka měření se nazývá reaktivní voltampéry, zkráceně var nebo var. V životě je ale běžnější jiná hodnota měření - kosinus phi, jako hodnota, která měří kvalitu elektroinstalace z hlediska úspory elektrické energie. Ve skutečnosti hodnota cos φ závisí na množství energie, která při dodání ze zdroje jde do zátěže. Proto je docela možné použít nepříliš výkonný zdroj, takže menší množství energie nikam nepůjde.

Jak lze kompenzovat jalový výkon

Jak vyplývá z výše uvedeného, v případě, že je zátěž indukční, pak musí být kompenzována pomocí kondenzátorů, kondenzátorů a kapacitní zátěž by měla být kompenzována pomocí tlumivek a tlumivek. Tímto způsobem můžete zvýšit kosinus phi na dostatečnou hodnotu 0,7-0,9. Takhle se to dělá kompenzace jalového výkonu.

Jaká je výhoda kompenzace jalového výkonu?

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

Ve fázi návrhu objektů pomáhá zavedení kondenzátorových jednotek snížit náklady na pořízení kabelů snížením jejich průřezu. Jako příklad může mít automatická kondenzátorová banka účinek zvýšení kosinusu phi z 0,6 na 0,97.

Nakreslíme čáru:

Jak jsme pochopili, instalace kompenzace jalového výkonu pomáhají výrazně šetřit finance a také prodlužovat životnost zařízení z následujících důvodů:

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

2) Míra zatížení kabelů a vodičů je snížena a můžete také ušetřit peníze nákupem menších kabelů.

3) Zvyšování úrovně kvality elektrické energie elektrických přijímačů.

4) Nehrozí placení pokut za snížení cos φ.

5) hodnota vyšších harmonických v síti klesá.

6) sníží se množství spotřeby elektrické energie.

Připomeňme ještě jednou, že jalová energie a výkon snižují výsledky energetického systému, protože zatížení jalových proudů na generátorech elektráren vede ke zvýšení objemu spotřebovaného paliva a velikosti ztrát v dodávce sítí a přijímačů se také zvyšuje a konečně i úroveň poklesu napětí v sítích.

Hlavním cílem při přenosu elektřiny je zvýšení účinnosti sítí. Proto je nutné snižovat ztráty. Hlavní příčinou ztrát je jalový výkon, jehož kompenzace výrazně zlepšuje kvalitu elektrické energie.

Jalový výkon způsobuje zbytečné zahřívání vodičů, elektrické rozvodny jsou přetížené. Výkon transformátoru a úseky kabelů jsou nuceny nadhodnocovat, síťové napětí je sníženo.

Pojem jalový výkon

Pro zjištění, co je to jalový výkon, je nutné definovat další možné druhy výkonu. Když je v obvodu aktivní zátěž (rezistor), spotřebovává se pouze aktivní výkon, který je zcela vynaložen na přeměnu energie. To znamená, že můžeme formulovat, co je činný výkon, - ten, při kterém proud účinně pracuje.

Při stejnosměrném proudu se spotřebovává pouze činný výkon, vypočítaný podle vzorce:

Měřeno ve wattech (W).

V elektrických obvodech se střídavým proudem se za přítomnosti činné a jalové zátěže indikátor výkonu sčítá ze dvou složek: činný a jalový výkon.

Kapacitní (kondenzátory). Je charakterizován fázovým předstihem proudu ve srovnání s napětím;
Indukční (cívky). Vyznačuje se fázovým zpožděním proudu ve vztahu k napětí.

Uvažujeme-li střídavý obvod s připojenou odporovou zátěží (ohřívače, konvice, žárovky), proud a napětí budou ve fázi a zdánlivý výkon odebraný v určitém časovém intervalu se vypočte vynásobením naměřených hodnot napětí a proudu. .

Pokud však obvod obsahuje reaktivní složky, hodnoty napětí a proudu nebudou ve fázi, ale budou se lišit o určitou hodnotu, určenou úhlem posunu "φ". Zjednodušeně se říká, že reaktivní zátěž vrací do obvodu tolik energie, kolik spotřebuje. V důsledku toho se ukazuje, že pro aktivní spotřebu energie bude indikátor nulový. Současně obvodem protéká jalový proud, který nevykonává žádnou efektivní práci. Proto se spotřebovává jalový výkon.

Jalový výkon je část energie, která umožňuje vytvoření elektromagnetických polí požadovaných střídavým zařízením.

Výpočet jalového výkonu se provádí podle vzorce:

Q \u003d U x I x sin φ.

Jednotkou měření jalového výkonu je VAr (jalový voltampér).

Výraz pro činný výkon:

P = U x I x cos φ.

Vztah činného, jalového a zdánlivého výkonu pro sinusový proměnný proud je reprezentován geometricky třemi stranami pravoúhlého trojúhelníku, nazývaného výkonový trojúhelník. Střídavé elektrické obvody spotřebovávají dva druhy energie: činný výkon a jalový výkon. Navíc hodnota činného výkonu není nikdy záporná, zatímco jalový výkon může být buď kladný (s indukční zátěží) nebo záporný (s kapacitní zátěží).

Důležité! Z výkonového trojúhelníku je vidět, že je vždy výhodné snížit reaktivní složku, aby se zvýšila účinnost systému.

Zdánlivý výkon se nenachází jako algebraický součet hodnot činného a jalového výkonu, je to vektorový součet P a Q. Jeho kvantitativní hodnota se vypočítá jako odmocnina součtu druhých mocnin indikátorů výkonu: činného a jalového. Zdánlivý výkon lze měřit ve VA (voltampérech) nebo jeho derivátech: kVA, mVA.

Aby bylo možné vypočítat zdánlivý výkon, musí být znám fázový rozdíl mezi sinusovými hodnotami U a I.

Faktor síly

Pomocí geometricky znázorněného vektorového obrázku můžete najít poměr stran trojúhelníku odpovídající užitečnému a celkovému výkonu, který se bude rovnat kosinusu phi nebo účiníku:

Tento koeficient zjistí účinnost sítě.

Počet spotřebovaných wattů je stejný jako počet spotřebovaných voltampérů při účiníku 1 nebo 100 %.

Důležité! Plný výkon je tím blíže k aktivnímu indikátoru, čím větší cos φ, nebo čím menší je úhel posunu sinusových hodnot proudu a napětí.

Pokud například existuje cívka, pro kterou:

P = 80 W;
Q = 130 VAr;
potom S = 152,6 BA jako RMS;
cos φ = P/S = 0,52 nebo 52 %

Můžeme říci, že cívka vyžaduje 130 varů plného výkonu, aby vykonala užitečnou práci 80 wattů.

cos φ korekce

Pro korekci cos φ se využívá skutečnost, že při kapacitní a indukční zátěži jsou vektory jalové energie v protifázi. Protože většina zátěží je induktivních, připojením kapacity lze dosáhnout zvýšení cos φ.

Hlavní spotřebitelé reaktivní energie:

Transformátory. Jsou to vinutí s indukčním zapojením a převádějící proudy a napětí pomocí magnetických polí. Tato zařízení jsou hlavním prvkem energetických sítí, které přenášejí elektřinu. Ztráty narůstají zejména při volnoběhu a při nízké zátěži. Transformátory jsou široce používány ve výrobě a v každodenním životě;
Indukční pece, ve kterých se kovy taví vytvářením vířivých proudů v nich;
asynchronní motory. Největší spotřebitel jalové energie. Točivý moment v nich vzniká pomocí střídavého magnetického pole statoru;
Měniče elektřiny, jako jsou výkonové usměrňovače pro napájení kontaktní sítě železniční dopravy a další.

Kondenzátorové baterie jsou zapojeny do elektrických rozvoden za účelem řízení napětí v předepsaných úrovních. Zátěž se mění v průběhu dne s ranními a večerními špičkami a také v průběhu týdne, o víkendu klesá, což mění hodnoty napětí. Připojování a odpojování kondenzátorů je různé. To se provádí ručně a pomocí automatizace.

Jak a kde se měří cos φ

Jalový výkon se kontroluje změnou cos φ speciálním zařízením - fázovým měřičem. Jeho stupnice je odstupňována v kvantitativních hodnotách cos φ od nuly do jedné v indukčním a kapacitním sektoru. Nebude možné plně kompenzovat negativní vliv indukčnosti, ale je možné se přiblížit požadovanému indikátoru - 0,95 v indukční zóně.

Měřiče fází se používají při práci s instalacemi, které mohou regulací cos φ ovlivnit režim provozu elektrické sítě.

Vzhledem k tomu, že se ve finančních výpočtech za spotřebovanou energii bere v úvahu i jalová složka, jsou ve výrobě na kondenzátory instalovány automatické kompenzátory, jejichž kapacita se může lišit. V sítích se zpravidla používají statické kondenzátory;
Při nastavování cos φ u synchronních generátorů změnou budícího proudu je nutné jej vizuálně sledovat v ručních provozních režimech;
Synchronní kompenzátory, což jsou synchronní motory pracující bez zátěže, v režimu přebuzení dodávají energii do sítě, která kompenzuje indukční složku. Pro regulaci budícího proudu se sledují hodnoty cos φ na fázoměru.

Korekce účiníku je jednou z nejúčinnějších investic ke snížení nákladů na energii. Zároveň se zlepšuje kvalita přijímané energie.

Video

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

V každodenním životě se téměř každý setkává s pojmem „elektrická energie“, „spotřeba energie“ nebo „kolik elektřiny tato věc „žere“. V této kolekci odhalíme koncept střídavého elektrického napájení pro technicky zdatné specialisty a ukážeme elektrický výkon v podobě "kolik elektřiny tato věc žere" na obrázku pro lidi s humanitárním smýšlením :-). Odhalujeme nejpraktičtější a nejpoužitelnější koncept elektrické energie a záměrně se vzdáváme popisu diferenciálních výrazů pro elektrickou energii.

CO JE AC NAPÁJENÍ?

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

Aby bylo možné spojit pojmy zdánlivý, činný, jalový výkon a účiník, je vhodné obrátit se na teorii komplexních čísel. Lze uvažovat, že výkon ve střídavém obvodu je vyjádřen komplexním číslem tak, že činný výkon je jeho reálná část, jalový výkon je jeho imaginární částí, zdánlivý výkon je modul a úhel φ (fázový posun) je argument. Pro takový model platí všechny níže uvedené vztahy.

Aktivní výkon (skutečný výkon)

Měrnou jednotkou je watt (ruské označení: W, kilowatt - kW; mezinárodní: watt -W, kilowatt - kW).

Průměrná hodnota okamžitého výkonu za období Τ se nazývá činný výkon, a

vyjádřeno vzorcem:

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

U nesinusových proudových obvodů je elektrický výkon roven součtu odpovídajících průměrných výkonů jednotlivých harmonických. Činný výkon charakterizuje rychlost nevratné přeměny elektrické energie na jiné druhy energie (tepelnou a elektromagnetickou). Činný výkon lze také vyjádřit pomocí síly proudu, napětí a činné složky odporu obvodu r nebo jeho vodivosti g podle vzorce. V libovolném elektrickém obvodu, sinusovém i nesinusovém proudu, je činný výkon celého obvodu roven součtu činných výkonů jednotlivých částí obvodu, u třífázových obvodů je elektrický výkon definován jako součet mocnin jednotlivých fází. S celkovým výkonem S souvisí činný výkon vztahem .

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

Reaktivní síla

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

Jalový výkon - hodnota, která charakterizuje zátěže vytvářené v elektrických zařízeních kolísáním energie elektromagnetického pole v sinusovém obvodu střídavého proudu, se rovná součinu efektivních hodnot napětí U a proudu I, vynásobených sinus fázového úhlu φ mezi nimi:

(pokud proud zaostává za napětím, je fázový posun považován za kladný, pokud je vpředu, je záporný). Jalový výkon souvisí se zdánlivým výkonem S a činným výkonem P podle: .

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

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

jalový výkon může být buď kladný (pokud je zátěž aktivní-indukční) nebo záporná (pokud je zátěž aktivní-kapacitní). Tato okolnost zdůrazňuje skutečnost, že jalový výkon není zapojen do práce elektrického proudu. Když má zařízení kladný jalový výkon, je zvykem říkat, že jej spotřebovává, a když má záporný jalový výkon, vyrábí jej, ale jde o čistou konvenci, protože většina zařízení spotřebovávajících energii (např. indukční motory), stejně jako čistě aktivní zátěž připojená přes transformátor, jsou aktivní indukční.

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

Výkon může být buď kladný (pokud je zátěž aktivní-indukční) nebo záporný (pokud je zátěž aktivní-kapacitní). Tato okolnost zdůrazňuje skutečnost, že jalový výkon není zapojen do práce elektrického proudu. Když má zařízení kladný jalový výkon, je zvykem říkat, že jej spotřebovává, a když má záporný jalový výkon, vyrábí jej, ale jde o čistou konvenci, protože většina zařízení spotřebovávajících energii (např. indukční motory), stejně jako čistě aktivní zátěž připojená přes transformátor, jsou aktivní indukční.

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

Použití moderních elektrických měřicích převodníků na mikroprocesorové technologii umožňuje přesnější posouzení množství energie vrácené z indukčních a kapacitních zátěží do zdroje střídavého napětí.

Zdánlivá síla

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

Plný výkon - hodnota rovna součinu efektivních hodnot periodického elektrického proudu I v obvodu a napětí U na jeho svorkách: ; poměr zdánlivého výkonu k činnému a jalovému výkonu je vyjádřen takto: kde P - činný výkon, Q - jalový výkon (při indukční zátěži Q>0 a při kapacitní zátěži Q<0).

Vektorová závislost mezi zdánlivým, činným a jalovým výkonem je vyjádřena vzorcem:

Zdánlivý výkon má praktický význam jako hodnota, která popisuje zatížení, které spotřebitel skutečně působí na prvky napájecí sítě (vodiče, kabely, rozvaděče, transformátory, elektrické vedení), protože tato zatížení závisí na spotřebovaném proudu, nikoli na na energii skutečně spotřebovanou spotřebitelem. Proto se celkový výkon transformátorů a rozvaděčů měří ve voltampérech a ne ve wattech.

Vizuálně a intuitivně jsou všechny výše uvedené formulační a textové popisy celkových, jalových a činných sil zprostředkovány na následujícím obrázku :-)

Specialisté společnosti NTS-Group (TM Elektrokaprizam-NET) mají bohaté zkušenosti s výběrem specializovaného vybavení pro systémy budov, které zajistí nepřetržité napájení životně důležitých zařízení. Jsme schopni s nejvyšší kvalitou zohlednit různé elektrické a provozní parametry, které nám umožňují zvolit ekonomicky výhodnou variantu vybudování systému nepřerušitelného napájení s využitím palivových elektráren a dalších souvisejících zařízení.

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

Okamžitá energie p libovolný úsek obvodu, jehož napětí a proud se mění podle zákona u=U m hřích( t), i = já m hřích( t–), má formu

p = ui = U m hřích( t)já m hřích( t– )= U m já m/2 =

= Ui cos -UI cos(2 t-) = (UI cos - UI cos cos2 t)– UI sin sin2 t. (1)

Aktivní výkon střídavého obvodu P definován jako průměrný okamžitý výkon p(t) během toho období:

protože průměrná hodnota harmonické funkce za období je 0.

Z toho vyplývá, že průměrný výkon za periodu závisí na fázovém úhlu mezi napětím a proudem a není roven nule, pokud má část obvodu aktivní odpor. Ten vysvětluje jeho název  činný výkon. Ještě jednou zdůrazňujeme, že v aktivním odporu dochází k nevratné přeměně elektrické energie na jiné druhy energie, např. na tepelnou energii. Činný výkon lze definovat jako průměrnou rychlost dodávky energie do části obvodu za určité období. Činný výkon se měří ve wattech (W).

Reaktivní síla

Při výpočtech elektrických obvodů tzv reaktivní Napájení. Charakterizuje procesy výměny energie mezi reaktivními prvky obvodu a zdroji energie a je číselně rovna amplitudě proměnné složky okamžitého výkonu obvodu. V souladu s tím lze určit jalový výkon z (1) as

Q = UI hřích.

V závislosti na znaménku úhlu  může být jalový výkon kladný nebo záporný. Jednotka jalového výkonu, abychom ji odlišili od jednotky činného výkonu, se nazývá nikoli watt, ale voltampérový reaktivnívar. Jalové výkony indukčních a kapacitních prvků se rovnají amplitudám jejich okamžitých výkonů p L a p C. Vezmeme-li v úvahu odpor těchto prvků, jsou jalové výkony induktoru a kondenzátoru stejné Q L= UI=X L já 2 a Q C= UI=X C já 2, resp.

Výsledný jalový výkon rozvětveného elektrického obvodu se nalézá jako algebraický součet jalových výkonů prvků obvodu s přihlédnutím k jejich povaze (indukční nebo kapacitní): Q=Q L- Q C. zde Q L je celkový jalový výkon všech prvků indukčního obvodu a Q C představuje celkový jalový výkon všech prvků kapacitního obvodu.

Plná síla

Kromě činného a jalového výkonu je sinusový proudový obvod charakterizován celkovým výkonem, označeným písmenem S. Plným výkonem sekce se rozumí maximální možný činný výkon při daném napětí U a aktuální já. Je zřejmé, že maximální činný výkon se získá při cos= 1, tj. při absenci fázového posunu mezi napětím a proudem:

S = ui.

Potřeba zavedení tohoto výkonu je vysvětlena skutečností, že při navrhování elektrických zařízení, přístrojů, sítí atd. se počítají pro určité jmenovité napětí U jmenovitý a definovaný jmenovitý proud já nom a jejich produkt U nom já nom \u003d S nom udává maximální možný výkon tohoto zařízení (celkový výkon S nom je uveden v pasu většiny elektrických zařízení střídavého proudu.). Pro odlišení celkového výkonu od ostatních výkonů se jeho měrná jednotka nazývá voltampér a je zkrácena jako VA. Zdánlivý výkon je číselně roven amplitudě proměnné složky okamžitého výkonu.

Z výše uvedených poměrů můžete najít vztah mezi různými mocnostmi:

P = S cos, Q= S hřích, S= UI=

a vyjádřit úhel fázového posunu pomocí činného a jalového výkonu:

Zvažte jednoduchý trik, který vám umožní najít činný a jalový výkon části obvodu z komplexního napětí a proudu. Spočívá v odběru součinu komplexního napětí a aktuální , komplexně konjugovaný s proudem uvažovaný úsek okruhu. Operace komplexní konjugace spočívá ve změně znaménka na opačné před imaginární částí komplexního čísla nebo ve změně znaménka fáze komplexního čísla, je-li číslo znázorněno v exponenciálním zápisu. V důsledku toho dostaneme hodnotu tzv plně integrovaný výkon a označeny . Li
, pak pro celkovou komplexní mocninu získáme:

To ukazuje, že činné a jalové výkony jsou skutečnou a imaginární částí celkového komplexního výkonu. Pro usnadnění zapamatování všech vzorců souvisejících s mocninami je na Obr. 7, b(str. 38) sestrojí mocninný trojúhelník.