الکتریسیته فعال و راکتیو. توان اکتیو و راکتیو. برای چه پولی می دهیم و کار می کنیم

و مجموع دو کمیت است که یکی از نظر زمان ثابت است و دیگری با فرکانس مضاعف می تپد.

مقدار متوسط p(t)برای دوره T توان فعال نامیده می شود و به طور کامل با جمله اول معادله (5.1) تعیین می شود:

قدرت فعالانرژی مصرف‌شده غیرقابل برگشت توسط منبع در واحد زمان برای تولید کار مفید توسط مصرف‌کننده را مشخص می‌کند. انرژی فعال مصرف شده توسط گیرنده های الکتریکی به انواع دیگر انرژی تبدیل می شود: انرژی مکانیکی، حرارتی، هوای فشرده و انرژی گاز و غیره.

مقدار متوسط ​​ترم دوم توان لحظه ای (1.1) (با فرکانس مضاعف) در طول زمان T برابر با صفر است، یعنی ایجاد آن نیازی به هزینه مادی ندارد و بنابراین نمی تواند کار مفیدی انجام دهد. با این حال، وجود آن نشان می دهد که یک فرآیند برگشت پذیر تبادل انرژی بین منبع و گیرنده رخ می دهد. این در صورتی امکان پذیر است که عناصری وجود داشته باشند که بتوانند انرژی الکترومغناطیسی را انباشته و آزاد کنند - خازن و اندوکتانس. این جزء توان راکتیو را مشخص می کند.

قدرت کاملدر پایانه های گیرنده به شکل پیچیده می توان به صورت زیر نمایش داد:

واحد قدرت ظاهری S = UI - VA است.

توان راکتیو- مقداری که بارهای ایجاد شده در دستگاه های الکتریکی توسط ارتعاشات (تبادل) انرژی بین منبع و گیرنده را مشخص می کند. برای جریان سینوسی، برابر است با حاصل ضرب مقادیر جریان موثر منو ولتاژ Uتوسط سینوس زاویه تغییر فاز بین آنها: س = UI sinφ. واحد اندازه گیری - VAR.

توان راکتیو ارتباطی با عملکرد مفید موتور الکتریکی ندارد و فقط برای ایجاد میدان های الکترومغناطیسی متناوب در موتورهای الکتریکی، ترانسفورماتورها، دستگاه ها، خطوط و غیره صرف می شود.

برای توان راکتیو، مفاهیمی مانند تولید، مصرف، انتقال، تلفات، تعادل پذیرفته شده است. اعتقاد بر این است که اگر جریان با ولتاژ (طبیعت القایی بار) در فاز عقب بماند، توان راکتیو مصرف می‌شود و علامت مثبت دارد و اگر جریان منجر به ولتاژ شود (طبیعت خازنی بار)، توان راکتیو تولید می شود و دارای ارزش منفی است.

مصرف کنندگان اصلی توان راکتیو در شرکت های صنعتی موتورهای ناهمزمان (60-65٪ از کل مصرف)، ترانسفورماتور (20-25٪)، مبدل های شیر، راکتورها، شبکه های الکتریکی سربار و سایر گیرنده ها (10٪) هستند.

انتقال توان راکتیو شبکه های الکتریکی و تجهیزات نصب شده در آنها را بارگذاری می کند و ظرفیت آنها را کاهش می دهد. توان راکتیو توسط ژنراتورهای سنکرون نیروگاه ها، جبران کننده های سنکرون، موتورهای سنکرون (کنترل جریان تحریک)، بانک های خازن (BC) و خطوط برق تولید می شود.

توان راکتیو تولید شده توسط ظرفیت شبکه به ترتیب بزرگی زیر است: یک خط هوایی 20 کیلو ولتی در هر کیلومتر از یک خط سه فاز 1 کیلو ولت تولید می کند. کابل زیرزمینی 20 کیلو ولت - 20 کیلووار بر کیلومتر؛ خط هوایی 220 کیلو ولت - 150 کیلو ولت بر کیلومتر؛ کابل زیرزمینی 220 کیلو ولت - 3 MVAr/km.

ضریب توان و ضریب توان راکتیو.

نمایش برداری از کمیت های مشخص کننده وضعیت شبکه منجر به نمایش توان راکتیو می شود سبردار عمود بر بردار توان فعال آر(شکل 5.2). مجموع برداری آنها توان کل را می دهد اس.

برنج. 5.1. مثلث قدرت

با توجه به شکل. 5.1 و (5.2) نتیجه می شود که S 2 = P 2 + Q 2 ; tgφ = Q/P; cosφ = P/S.

شاخص استاندارد اصلی که توان راکتیو را مشخص می کند قبلاً ضریب توان cosφ بود. در نهاده های تامین کننده یک بنگاه صنعتی، میانگین وزنی این ضریب باید در محدوده 92/0 تا 95/0 باشد. با این حال، انتخاب نسبت P/Sبه عنوان یک هنجاری، ایده روشنی از پویایی تغییرات در مقدار واقعی توان راکتیو ارائه نمی دهد. به عنوان مثال، هنگامی که ضریب توان از 0.95 به 0.94 تغییر می کند، توان راکتیو 10٪ تغییر می کند و زمانی که همان ضریب از 0.99 به 0.98 تغییر می کند، افزایش توان راکتیو در حال حاضر 42٪ است. هنگام انجام محاسبات، کار با رابطه tgφ = راحت تر است Q/Pکه به آن ضریب توان راکتیو می گویند.

شرکت هایی با توان متصل بیش از 150 کیلووات (به استثنای مصرف کنندگان داخلی) تعریف می شوند. مقادیر حدی ضریب توان راکتیومصرف شده در ساعات بار سنگین روزانه شبکه برق - از 7 تا 23 ساعت (دستور وزارت صنعت و انرژی فدراسیون روسیه مورخ 22 فوریه 2007 شماره 49 "در مورد روش محاسبه نسبت فعال و راکتیو مصرف برق برای دستگاه های گیرنده توان فردی مصرف کنندگان انرژی الکتریکی که برای تعیین تعهدات طرفین در قراردادهای ارائه خدمات برای انتقال انرژی الکتریکی استفاده می شود.

مقادیر حد فاکتورهای توان راکتیو (tgφ)بسته به موقعیت نقطه (ولتاژ) اتصال مصرف کننده به شبکه نرمال می شوند. برای ولتاژ شبکه 100 کیلوولت tgφ = 0.5؛ برای شبکه های 35، 20، 6 کیلوولت - tgφ = 0.4 و برای شبکه های 0.4 kV - tgφ = 0.35.

معرفی اسناد دستورالعمل جدید در مورد جبران توان راکتیو با هدف بهبود کارایی کل سیستم منبع تغذیه از ژنراتورهای سیستم قدرت گرفته تا گیرنده های برق انجام شد.

با معرفی ضریب توان راکتیو، نمایش تلفات توان اکتیو بر حسب توان اکتیو یا راکتیو امکان پذیر شد: آر= (پ 2 /U 2) آر(l + tan 2 φ).

زاویه بین بردارهای توان آرو اسمربوط به زاویه φ بین بردارهای جزء فعال جریان است منیک و جریان کامل من، که به نوبه خود مجموع برداری جریان فعال است منالف، در فاز با ولتاژ و جریان راکتیو من r، در زاویه 90 درجه نسبت به آن قرار دارد. این آرایش جریان ها یک تکنیک طراحی مرتبط با تجزیه به توان فعال و راکتیو است که می تواند طبیعی تلقی شود.

اکثر مصرف کنندگان به توان راکتیو نیاز دارند زیرا با تغییر میدان مغناطیسی عمل می کنند. برای متداول ترین موتورها در عملکرد عادی، مقادیر تقریبی tgφ زیر را می توان ارائه داد.

در لحظه راه اندازی موتورها، مقدار قابل توجهی توان راکتیو مورد نیاز است، در حالی که tgφ = 4-5 (cosφ = 0.2-0.24).

ماشین های سنکرون بسته به درجه تحریک، توانایی مصرف یا ارائه توان راکتیو را دارند.

در ژنراتورها و موتورهای سنکرون، اندازه مدارهای تحریک امکان تامین توان راکتیو را به حداکثر مقادیر tgφ = 0.75 (cosφ = 0.8) یا تا tgφ = 0.5 (cosφ = 0.9) محدود می کند (جدول 5.1).

موتورهای سنکرون تولید شده توسط صنایع داخلی برای یک ضریب قدرت پیشرو (cosφ = 0.9) و در یک بار فعال نامی طراحی شده اند. پنام و ولتاژ U nom می تواند توان راکتیو نامی تولید کند س nom ≈ 0.5 پنام

هنگامی که SD از نظر توان اکتیو β = کم بار شود P/Pنام< 1 возможна перегрузка по реактивной мощности α = س/س nom > 1.

مزیت SD مورد استفاده برای جبران توان راکتیو در مقایسه با KB، توانایی تنظیم هموار توان راکتیو تولید شده است. نقطه ضعف این است که تلفات فعال برای تولید توان راکتیو برای SD بیشتر از KB است.

تلفات فعال اضافی در سیم پیچ LED ناشی از توان راکتیو تولید شده در محدوده تغییرات cosφ از 1 تا 0.9 با توان اکتیو نامی LED برابر با پنام، کیلووات:

آرنام = س 2 نام آر /U 2 اسم،

جایی که سنام - توان راکتیو نامی SM، kV Ar. آر- مقاومت یک فاز سیم پیچ LED در حالت گرم، اهم؛ Uنام - ولتاژ نامی شبکه، کیلوولت.

در سیستم های منبع تغذیه شرکت های صنعتی، CB ها توان راکتیو قسمت پایه (اصلی) برنامه های بار را جبران می کنند و SD ها پیک های بار برنامه را کاهش می دهند.

جدول 5.1

وابستگی ضریب اضافه بار به توان راکتیو موتورهای سنکرونهفتم

جبران کننده های سنکرون

انواع SD جبران کننده های سنکرون (SC) هستند که SD بدون بار روی شفت هستند. در حال حاضر SC با ظرفیت بیش از 5000 kV?Ar در حال تولید است. آنها در شبکه های صنعتی کاربرد محدودی دارند. برای بهبود کیفیت ولتاژ در مدارهای الکتریکی پرقدرت با بار ضربه ای متغیر و شدید (کوره های قوس الکتریکی، آسیاب های نورد و غیره) از SC استفاده می شود.

دستگاه های جبران کننده تریستور استاتیک

در شبکه هایی با بار شوک شدید متغیر در ولتاژ 6-10 کیلو ولت، توصیه می شود از بانک های خازن استفاده نکنید، بلکه از منابع توان راکتیو با سرعت بالا (RRP) استفاده کنید که باید در نزدیکی چنین EP نصب شوند. نمودار IRM در شکل نشان داده شده است. 5.2. از سلف ها به عنوان اندوکتانس قابل تنظیم استفاده می کند LRو ظروف غیرقابل تنظیم با 1-با 3.

برنج. 5.2. منابع توان راکتیو سریع الاثر

تنظیم اندوکتانس توسط گروه های تریستور انجام می شود در مقابل، که الکترودهای کنترلی آن به مدار کنترل متصل است. مزایای RPM استاتیک عدم وجود قطعات دوار، نرمی نسبی تنظیم توان راکتیو عرضه شده به شبکه، امکان اضافه بار توان راکتیو سه و چهار برابر است. معایب عبارتند از ظاهر هارمونیک های بالاتر، که می تواند در طول تنظیم عمیق توان راکتیو ایجاد شود.

به دلیل تلفات برق اضافی در شبکه ناشی از مصرف توان راکتیو، کل مصرف برق افزایش می یابد. بنابراین کاهش جریان های توان راکتیو یکی از وظایف اصلی راه اندازی شبکه های الکتریکی است.

در مهندسی برق، در میان تعاریف متعدد، اغلب از مفاهیمی مانند توان اکتیو، راکتیو و توان ظاهری استفاده می شود. این پارامترها به طور مستقیم با جریان و ولتاژ در هنگام روشن شدن هر مصرف کننده مرتبط هستند. برای انجام محاسبات از فرمول های مختلفی استفاده می شود که از جمله اصلی ترین آنها حاصل ضرب ولتاژ و جریان است. اول از همه، این مربوط به ولتاژ ثابت است. با این حال، در مدارها، متغیر به چندین جزء که در بالا ذکر شد تقسیم می شود. محاسبه هر یک از آنها نیز با استفاده از فرمول ها انجام می شود که به لطف آن می توانید نتایج دقیقی به دست آورید.

فرمول های توان اکتیو، راکتیو و ظاهری

جزء اصلی به عنوان توان فعال در نظر گرفته می شود. این کمیتی است که فرآیند تبدیل انرژی الکتریکی به انواع دیگر انرژی را مشخص می کند. یعنی از جهاتی دیگر سرعتی است که با آن . این مقدار است که بر روی کنتور برق نمایش داده می شود و توسط مصرف کنندگان پرداخت می شود. توان فعال با استفاده از فرمول محاسبه می شود: P = U x I x cos.

برخلاف انرژی فعال که به انرژی ای اشاره دارد که مستقیماً توسط وسایل الکتریکی مصرف می شود و به انواع دیگر انرژی - حرارتی، نوری، مکانیکی و غیره تبدیل می شود، توان راکتیو نوعی دستیار نامرئی است. با مشارکت آن، میدان های الکترومغناطیسی ایجاد می شود که توسط موتورهای الکتریکی مصرف می شود. اول از همه، ماهیت بار را تعیین می کند و نه تنها می تواند تولید شود، بلکه مصرف شود. محاسبات توان راکتیو طبق فرمول انجام می شود: Q \u003d U x I x sinf.

توان کل کمیتی است که از اجزای فعال و راکتیو تشکیل شده است. میزان برق لازم را در اختیار مصرف کنندگان قرار می دهد و آنها را در شرایط کار نگه می دارد. برای محاسبات آن از فرمول استفاده می شود: S = .

چگونه توان فعال، راکتیو و ظاهری را پیدا کنیم

توان فعال به انرژی اطلاق می شود که به طور برگشت ناپذیر توسط یک منبع در واحد زمان برای انجام برخی کار مفید توسط مصرف کننده مصرف می شود. همانطور که قبلا ذکر شد در فرآیند مصرف به انواع دیگر انرژی تبدیل می شود.

در مدار جریان متناوب، مقدار توان اکتیو به عنوان میانگین توان لحظه ای در یک دوره زمانی مشخص تعریف می شود. در نتیجه، مقدار متوسط ​​در این مدت به زاویه فاز بین جریان و ولتاژ بستگی دارد و برابر با صفر نخواهد بود، مشروط بر اینکه مقاومت فعال در این بخش از مدار وجود داشته باشد. آخرین فاکتور نام توان فعال را تعیین می کند. از طریق مقاومت فعال است که الکتریسیته به طور برگشت ناپذیر به انواع دیگر انرژی تبدیل می شود.

هنگام انجام محاسبات مدارهای الکتریکی، مفهوم توان راکتیو به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد. با مشارکت آن، فرآیندهایی مانند تبادل انرژی بین منابع و عناصر راکتیو مدار رخ می دهد. این پارامتر از نظر عددی برابر با دامنه ای خواهد بود که جزء متغیر توان لحظه ای مدار دارد.

وابستگی خاصی از توان راکتیو به علامت زاویه φ نشان داده شده در شکل وجود دارد. از این نظر ارزش مثبت یا منفی خواهد داشت. بر خلاف توان اکتیو، اندازه گیری شده در , توان راکتیو بر حسب ولت-آمپر راکتیو var اندازه گیری می شود. مقدار نهایی توان راکتیو در مدارهای الکتریکی منشعب، مجموع جبری توانهای یکسان برای هر عنصر مدار، با در نظر گرفتن خصوصیات فردی آنها است.

جزء اصلی توان کل حداکثر توان فعال ممکن در جریان و ولتاژ شناخته شده قبلی است. در این حالت، زمانی که تغییر فاز بین جریان و ولتاژ وجود نداشته باشد، cosf برابر با 1 است. توان کل همچنین شامل یک جزء راکتیو است که به وضوح از فرمول ارائه شده در بالا مشاهده می شود. واحد اندازه گیری این پارامتر ولت آمپر (VA) است.

تنها چیزی که من با نویسنده موافقم این است که افسانه های زیادی در مورد مفهوم "انرژی واکنشی" وجود دارد ... ظاهراً نویسنده در تلافی خود را نیز مطرح کرده است ... گیج ... متناقض ... فراوانی همه جور: "انرژی انرژی میاد، انرژی میره..." نتیجه کلی تکان دهنده بود، حقیقت وارونه شد: "نتیجه - جریان راکتیو باعث گرم شدن سیمها بدون انجام کار مفید میشه" آقا عزیز! به نظر من، در اینجا افرادی با تحصیلات فنی بدون نمودار برداری ژنراتور سنکرون تحت بار نمی توانند شرح فرآیند را به درستی جمع آوری کنند، اما برای افرادی که علاقه مند هستند می توانم یک گزینه ساده و بدون هیچ گونه عارضه ای ارائه دهم. .

بنابراین در مورد انرژی راکتیو. 99 درصد برق 220 ولت یا بیشتر توسط ژنراتورهای سنکرون تولید می شود. ما در زندگی روزمره و کار از وسایل برقی مختلفی استفاده می کنیم، اکثر آنها "هوا را گرم می کنند"، گرما را به یک درجه ساطع می کنند ... تلویزیون، مانیتور کامپیوتر را احساس کنید، من در مورد اجاق گاز برقی آشپزخانه صحبت نمی کنم، همه جا. احساس گرما کنید اینها همه مصرف کنندگان توان فعال در شبکه برق ژنراتور سنکرون هستند. توان فعال ژنراتور عبارت است از اتلاف غیر قابل برگشت انرژی تولید شده برای گرما در سیم ها و دستگاه ها. برای یک ژنراتور سنکرون، انتقال انرژی فعال با مقاومت مکانیکی روی محور محرک همراه است. اگر شما خواننده عزیز، ژنراتور را به صورت دستی بچرخانید، بلافاصله مقاومت بیشتری در برابر تلاش خود احساس می کنید و این به معنای یک چیز است، کسی تعداد اضافی بخاری را در شبکه شما وارد کرده است، یعنی بار فعال افزایش یافته است. اگر موتور دیزلی به عنوان محرک ژنراتور دارید، مطمئن شوید که مصرف سوخت با سرعت رعد و برق افزایش می یابد، زیرا این بار مقاومتی است که سوخت شما را مصرف می کند. با انرژی راکتیو، متفاوت است... به شما می گویم، باورنکردنی است، اما برخی از مصرف کنندگان برق، خود منابع برق هستند، هرچند برای یک لحظه بسیار کوتاه، اما هستند. و اگر در نظر بگیریم که جریان متناوب فرکانس صنعتی 50 بار در ثانیه جهت خود را تغییر می دهد، چنین مصرف کنندگان (واکنشی) انرژی خود را 50 بار در ثانیه به شبکه منتقل می کنند. می دانید چگونه در زندگی، اگر کسی چیزی را بدون عواقب به اصل اضافه کند، باقی نمی ماند. بنابراین، در اینجا، به شرطی که مصرف کنندگان واکنشی زیادی وجود داشته باشند، یا به اندازه کافی قدرتمند باشند، ژنراتور سنکرون تحریک نشده است. با بازگشت به قیاس قبلی که در آن از قدرت عضلانی خود به عنوان درایو استفاده می کردید، متوجه خواهید شد که علیرغم اینکه ریتم را با چرخاندن ژنراتور تغییر نداده اید و موجی از مقاومت را بر روی شفت احساس نکرده اید، چراغ های موجود در خود شبکه ناگهان خاموش شد این یک پارادوکس است، ما سوخت را هدر می دهیم، ژنراتور را با فرکانس اسمی می چرخانیم، اما ولتاژی در شبکه وجود ندارد ... خواننده عزیز، مصرف کنندگان راکتیو را در چنین شبکه ای خاموش کنید و همه چیز بازیابی می شود. بدون وارد شدن به تئوری، تحریک زدایی زمانی رخ می دهد که میدان های مغناطیسی داخل ژنراتور، میدان سیستم تحریک که با شفت می چرخد ​​و میدان سیم پیچ ثابت متصل به شبکه به سمت یکدیگر می چرخند و در نتیجه یکدیگر را ضعیف می کنند. با کاهش میدان مغناطیسی داخل ژنراتور، تولید الکتریسیته کاهش می یابد. فناوری بسیار جلوتر آمده است و ژنراتورهای مدرن مجهز به تنظیم کننده های تحریک خودکار هستند و هنگامی که مصرف کنندگان راکتیو ولتاژ شبکه را "شکست" می دهند، رگولاتور بلافاصله جریان تحریک ژنراتور را افزایش می دهد، شار مغناطیسی به حالت عادی باز می گردد و ولتاژ در شبکه بازیابی می شود واضح است که جریان تحریک دارای جزء فعال و فعال است، بنابراین لطفا به موتور دیزل سوخت اضافه کنید. . در هر صورت، بار راکتیو بر عملکرد شبکه الکتریکی تأثیر منفی می گذارد، به ویژه هنگامی که یک مصرف کننده راکتیو به شبکه متصل است، به عنوان مثال، یک موتور الکتریکی ناهمزمان... با قدرت قابل توجه دومی، همه چیز می تواند به شکست ختم شود. در یک تصادف در پایان، می توانم برای حریف کنجکاو و پیشرفته اضافه کنم که مصرف کنندگان واکنشی با خواص مفید نیز وجود دارند. اینا همه اونایی هستن که ظرفیت برق دارن... اینجور وسایل رو به شبکه وصل کن شرکت برق بدهکارت میشه)). در شکل خالص خود اینها خازن هستند. آنها همچنین برق را 50 بار در ثانیه تامین می کنند، اما برعکس، شار مغناطیسی ژنراتور افزایش می یابد، بنابراین تنظیم کننده حتی می تواند جریان تحریک را کاهش دهد و در هزینه ها صرفه جویی کند. چرا قبلاً به این موضوع اشاره نکردیم ... چرا ... خواننده عزیز ، در خانه خود بگردید و دنبال مصرف کننده واکنشی خازنی بگردید ... پیدا نمی کنید ... مگر اینکه تلویزیون یا ماشین لباسشویی خود را خراب کنید. .. اما هیچ سودی از آن نخواهد داشت ....<

در حال حاضر، رابطه بین سازمان های تامین انرژی و مصرف کنندگان برق مورد توجه طیف وسیعی از افراد غیر انرژی (مدیران تجاری، وکلا و سایر متخصصان) است. استفاده از مفهوم توان راکتیو (انرژی راکتیو) در عمل تسویه حساب های پولی بین تامین کنندگان و مصرف کنندگان برق و وجود کنتورهای انرژی اکتیو و راکتیو مجزا، ایده تامین دو نوع محصول برای مصرف کنندگان را در بسیاری از افراد برمی انگیزد. این اشتباه است. الکترون های رنگ های مختلف از طریق شبکه الکتریکی منتقل نمی شوند - قرمز برای انرژی فعال و آبی برای انرژی واکنشی. پس توان راکتیو و انرژی راکتیو چیست؟

اجازه دهید به ساده ترین شکل ویژگی های جریان متناوب را در نظر بگیریم. جریان متناوب به این معنا نیست که مقدار آن با مصرف انرژی تغییر می کند. همچنین می تواند دائمی بماند. منظور از جریان متناوب در معنای محدود، جریان تناوبی است که مقادیر لحظه ای آن در طول هر دوره کوچک (برای جریان متناوب فرکانس 50 هرتز این 1/50 ثانیه است) یک چرخه تغییر از حداقل را تجربه می کند. به حداکثر مقدار و بالعکس. از نظر گرافیکی، این چرخه با یک موج سینوسی نشان داده می شود. ولتاژ نیز از این نظر متغیر است. به طور کلی، برای مدارهایی که در آنها ولتاژ و جریان هر دو به صورت سیکلی تغییر می کنند، از عبارت "مدار AC" استفاده می شود.

در مدارهای AC، عناصر زیادی وجود دارد که توسط شکاف های هوا از هم جدا می شوند - سیم پیچ های فشار قوی و پایین ترانسفورماتورها یا استاتور و روتور یک ماشین دوار (موتور و ژنراتور) هیچ ارتباط الکتریکی با یکدیگر ندارند. با این حال، انرژی الکتریکی از طریق این فضای هوایی که در واقع یک دی الکتریک نارسانا است، منتقل می شود. این به دلیل ظهور یک میدان مغناطیسی متناوب در اندوکتانس تحت تأثیر جریان متناوب و تحت تأثیر ولتاژ متناوب - یک میدان الکتریکی متناوب در خازن (در ترکیب - یک میدان الکترومغناطیسی) رخ می دهد. همانطور که می دانید هوا مانعی برای مزارع نیست. میدان مغناطیسی متناوب ایجاد شده توسط یکی از سیم‌پیچ‌های جداشده، دائماً با خطوط مغناطیسی خود از پیچ‌های سیم‌پیچ دیگر عبور می‌کند و نیروی محرکه الکتریکی در آن ایجاد می‌کند. بزرگی آن به حدی است که تمام توان سیم پیچ اولیه به سیم پیچ ثانویه منتقل می شود. در خازن، همان عملکردها توسط میدان الکتریکی انجام می شود.

میدان های مغناطیسی و الکتریکی در اطراف هر رسانایی که دارای انرژی است و جریان دارد وجود دارد. از نظر تئوری، انتقال نیرو از طریق هوا از یکی از خطوط موازی به خطوط دیگر امکان پذیر است. درست است، برای انتقال قدرت قابل توجه، خطوط باید صدها هزار کیلومتر طول داشته باشند. برای انتقال توان بالا در میان شکاف های هوا در دستگاهی با اندازه قابل قبول، به یک میدان مغناطیسی قوی متمرکز در یک فضای کوچک نیاز دارید. این امر با پیچاندن پیچ‌های متعددی که نزدیک به یکدیگر در اطراف یک هسته فلزی (یوغ) قرار دارند و استفاده از فولاد ویژه برای ساخت هسته‌ها، که القایی متقابل بیشتری را فراهم می‌کند، به دست می‌آید.

انرژی الکترومغناطیسی مستقیماً در عناصر با مقاومت فعال به حرارتی، مکانیکی، شیمیایی و سایر انواع کار مفید تبدیل می‌شود که با R نشان داده می‌شود. از مدت زمانی که به منبع بازگردانده می شود. در این حالت سینوسی جریانی که میدان مغناطیسی ایجاد می کند همیشه یک چهارم پریود (۹۰ درجه الکتریکی) پشت سینوسی ولتاژ قرار دارد و سینوسی جریانی که میدان الکتریکی ایجاد می کند جلوتر است.

مقاومت چنین عناصری با نسبت های: X L = 2πfL و X C = 1/2πfС به اندوکتانس و ظرفیت و فرکانس f مرتبط است. از این روابط مشخص می شود که این مقاومت ها فقط در مدارهای جریان متناوب وجود دارند و در مدارهای جریان مستقیم (f = 0) X L به 0 (اتصال کوتاه) و X C به بی نهایت (مدار باز) تبدیل می شود. به دلیل ماهیت متقابل عمل آنها، این مقاومت ها را راکتیو و جریان ناشی از تبادل انرژی الکترومغناطیسی را جریان راکتیو می نامند. از آنجایی که جریان راکتیو نسبت به جریان اکتیو 90 درجه جابجا می شود، طبیعی است که جریان کل به عنوان جذر مجذور مجذور جریان اکتیو و راکتیو تعیین شود.

عبور جریان "تغییر شده" از طریق یک شبکه را می توان با حرکت افراد از طریق گذرگاهی مقایسه کرد که ظرفیت آن برای مثال 10 نفر در یک زمان است. علاوه بر این، در هشت ردیف مردم همیشه در یک جهت راه می روند و در دو ردیف همان افراد می روند و سپس برمی گردند. در نتیجه تعداد افرادی که به طرف دیگر عبور کرده اند باید بر اساس توان عملیاتی هشت نفر محاسبه شود و گذرگاه همیشه با ده ردیف بارگذاری می شود. در مورد ظرفیت شبکه برق نیز وضعیت مشابه است. تنها تفاوت این است که مولفه های فعال و راکتیو جریان به صورت حسابی جمع نمی شوند، بلکه مجذور می شوند، بنابراین مولفه راکتیو سطح مقطع را به میزان کمتری اشغال می کند. برای تکمیل مقایسه، می‌توانیم فرض کنیم که دو ردیف از افراد به پهلو راه می‌روند و بنابراین فضای کمتری را اشغال می‌کنند.

نیم چرخه ذخیره و برگرداندن انرژی الکترومغناطیسی توسط اندوکتانس و ظرفیت 180 درجه جابجا می شود (در اولی، جریان 90- درجه و در دومی 90+ درجه تغییر می کند) یعنی در پادفاز قرار دارند. . بنابراین، اگر مقاومت های X L = X C در نزدیکی وجود داشته باشد، بخش مبادله ای انرژی الکترومغناطیسی به منبع باز نمی گردد، بلکه این عناصر دائماً آن را با یکدیگر مبادله می کنند. از قبل باید این فکر مطرح شود: آیا مصرف کننده برق که شبکه هایش پر از اندوکتانس است، نباید یک خازن نصب کند؟ و اجازه بدهند این قسمت از انرژی الکترومغناطیسی را بین خود مبادله کنند و شبکه را از آن تخلیه کنند و به آن فرصت دهند که فقط آن قسمت از انرژی الکترومغناطیسی را که به کار مفید تبدیل می شود منتقل کند؟ این عملیات جبران توان راکتیو (RPC) نامیده می شود.

انرژی واکنشی کار نمی کندبه این معنا که نمی تواند به عنوان انرژی فعال به انرژی حرارتی یا مکانیکی تبدیل شود. از آنجایی که در فیزیک مفاهیم انرژی و کار یکسان هستند، بنابراین، به طور دقیق، عبارت "انرژی واکنشی" از نظر فیزیکی بی معنی است. با این وجود، کاربرد عملی این مفهوم مرسوم راحت است. از آنجایی که یک جریان اضافی ایجاد می شود که راکتیو نامیده می شود، محصول و ولتاژ آن را نمی توان چیزی غیر از توان نامید و ادغام توان در طول زمان به طور رسمی انرژی نامیده می شود. علاوه بر این، با جابجایی سیم‌پیچ یک کنتور الکتریکی به میزان 90 درجه، می‌توانید آن را مجبور کنید که محصول و ولتاژ تنها جریان جابه‌جایی 90 درجه را بشمارد - تأیید بصری وجود انرژی راکتیو وجود دارد (متر آن را نشان می‌دهد! ).

جریان راکتیو نه تنها بخشی از ظرفیت شبکه را از جریان فعال می گیرد، بلکه بخش خاصی از انرژی فعال برای عبور آن از سیم ها صرف می شود، زیرا تلفات توان ΔР = 3I²R، جایی که I کل جریان است. یک کنتور انرژی فعال (به طور کلی، فقط این را می توان انرژی نامید، بنابراین به سادگی یک کنتور برق نامیده می شود) هم در حضور و هم در غیاب جزء راکتیو جریان یک مقدار را نشان می دهد. بنابراین، تنها با قرائت های آن نمی توان به درستی حالت های خطوط انتقال برق را ارزیابی کرد (در مثال بالا، کنتور حرکت هشت ردیف را نشان می دهد، بدون توجه به حرکت دو طرفه به جلو و عقب). برای ارزیابی حالت شبکه، باید هر دو جزء را بشناسید. اجزای فعال و راکتیو جریان کل اثرات متفاوتی بر ولتاژ در نقاط مصرف انرژی دارند. تلفات ولتاژ ناشی از انتقال جزء فعال جریان به طور عمده توسط مقاومت R و مولفه راکتیو توسط مقاومت XL تعیین می شود. در المان های خط قدرت، X L >> R معمولا وجود دارد، بنابراین عبور جریان راکتیو از شبکه منجر به کاهش بسیار بیشتر ولتاژ نسبت به جریان اکتیو با همان اندازه می شود.

بنابراین، در یک شبکه جریان متناوب چیزی به جز مقادیر لحظه ای جریان و ولتاژ در حال تغییر چرخه ای وجود ندارد که چرخه های آن در بخشی از دوره نسبت به یکدیگر جابجا می شوند. هنگامی که به صورت گرافیکی آنها را به عنوان بردار به تصویر می‌کشند، گفته می‌شود که با زاویه‌ای φ جابه‌جا می‌شوند. بنابراین، پاسخ حکایتی دانش آموز در طول امتحان مبنی بر اینکه به سه سیم نیاز است زیرا ولتاژ از سیم اول، جریان از طریق دوم و cos φ از طریق سوم منتقل می شود، می تواند به حقیقت نزدیکتر از ایده تامین مصرف کنندگان تلقی شود. دو نوع محصول

در این مورد، دو شاخص شناسایی می شود که نشان دهنده هزینه تمام قدرت در هنگام سرویس دهی به مصرف کننده است. این شاخص ها انرژی فعال و راکتیو نامیده می شوند. توان کل مجموع این دو شاخص است. ما سعی خواهیم کرد در این مقاله در مورد اینکه برق اکتیو و راکتیو چیست و چگونه می توان میزان پرداخت های تعهدی را بررسی کرد صحبت کنیم.

قدرت کامل

طبق روال ثابت شده، مصرف کنندگان برای برق مفیدی که مستقیماً در خانه استفاده می شود، هزینه نمی پردازند، بلکه برای برق کاملی که توسط تامین کننده تامین می شود، هزینه می پردازند. این شاخص ها با واحدهای اندازه گیری متمایز می شوند - توان کل بر حسب ولت آمپر (VA) و توان مفید - بر حسب کیلووات اندازه گیری می شود. برق اکتیو و راکتیو توسط تمام وسایل برقی که از شبکه تغذیه می شوند استفاده می شود.

برق فعال

جزء فعال توان کل کار مفیدی را انجام می دهد و به انواع انرژی مورد نیاز مصرف کننده تبدیل می شود. برای برخی از لوازم برقی خانگی و صنعتی، توان اکتیو و ظاهری در محاسبات با یکدیگر مطابقت دارند. از جمله این وسایل می توان به اجاق های برقی، لامپ های رشته ای، اجاق های برقی، بخاری، اتو و ... اشاره کرد.

اگر گذرنامه قدرت فعال 1 کیلو وات را نشان دهد، قدرت کل چنین دستگاهی 1 کیلو ولت آمپر خواهد بود.

مفهوم الکتریسیته راکتیو

این نوع الکتریسیته در مدارهایی که حاوی عناصر راکتیو هستند ذاتی است. الکتریسیته راکتیو بخشی از کل توان ورودی است که صرف کار مفید نمی شود.

در مدارهای DC مفهوم توان راکتیو وجود ندارد. در مدارها، یک جزء راکتیو تنها زمانی رخ می دهد که یک بار القایی یا خازنی وجود داشته باشد. در این حالت بین فاز جریان و فاز ولتاژ عدم تطابق وجود دارد. این تغییر فاز بین ولتاژ و جریان با علامت "φ" نشان داده می شود.

با بار القایی، یک تاخیر فاز در مدار مشاهده می شود، با بار خازنی، فاز پیش می رود. بنابراین تنها بخشی از کل توان به مصرف کننده می رسد و تلفات اصلی به دلیل گرم شدن بی فایده دستگاه ها و ابزار در حین کار رخ می دهد.

تلفات برق به دلیل وجود سیم پیچ ها و خازن های القایی در دستگاه های الکتریکی رخ می دهد. به دلیل آنها، الکتریسیته برای مدتی در مدار جمع می شود. پس از این، انرژی ذخیره شده به مدار باز می گردد. وسایلی که حاوی یک جزء واکنشی الکتریسیته هستند عبارتند از ابزارهای برقی قابل حمل، موتورهای الکتریکی و لوازم خانگی مختلف. این مقدار با در نظر گرفتن یک ضریب توان ویژه که به عنوان cos φ تعیین می شود محاسبه می شود.

محاسبه توان راکتیو

ضریب توان از 0.5 تا 0.9 متغیر است. مقدار دقیق این پارامتر را می توان در برگه اطلاعات دستگاه الکتریکی یافت. توان ظاهری باید به عنوان توان فعال تقسیم بر ضریب تعیین شود.

به عنوان مثال، اگر پاسپورت یک مته برقی قدرت 600 وات و مقدار 0.6 را نشان دهد، کل توان مصرفی دستگاه برابر با 600/06، یعنی 1000 VA خواهد بود. در صورت عدم وجود پاسپورت برای محاسبه توان کل دستگاه، ضریب را می توان برابر با 0.7 در نظر گرفت.

از آنجایی که یکی از وظایف اصلی سیستم های منبع تغذیه موجود، رساندن توان مفید به کاربر نهایی است، تلفات توان راکتیو یک عامل منفی در نظر گرفته می شود و افزایش این شاخص کارایی مدار الکتریکی را به عنوان یک کل زیر سوال می برد. توازن توان اکتیو و راکتیو در یک مدار را می توان در قالب این تصویر خنده دار تجسم کرد:

مقدار ضریب هنگام در نظر گرفتن ضرر

هرچه مقدار ضریب توان بیشتر باشد، تلفات برق فعال کمتر خواهد بود - به این معنی که انرژی الکتریکی مصرفی برای مصرف کننده نهایی هزینه کمی کمتر خواهد داشت. به منظور افزایش مقدار این ضریب، از تکنیک های مختلفی در مهندسی برق برای جبران تلفات غیرهدف برق استفاده می شود. دستگاه های جبران کننده مولدهای جریان پیشرو هستند که زاویه فاز بین جریان و ولتاژ را صاف می کنند. گاهی اوقات از بانک های خازنی برای همین منظور استفاده می شود. آنها به صورت موازی به مدار عملیاتی متصل می شوند و به عنوان جبران کننده سنکرون استفاده می شوند.

محاسبه هزینه برق برای مشتریان خصوصی

برای استفاده فردی، برق فعال و راکتیو در صورتحساب ها از هم جدا نمی شوند - در مقیاس مصرف، سهم انرژی راکتیو کم است. بنابراین، مشترکین خصوصی با مصرف برق تا 63 A یک قبض پرداخت می کنند که در آن تمام برق مصرفی فعال در نظر گرفته می شود. تلفات اضافی در مدار برای الکتریسیته راکتیو به طور جداگانه تخصیص داده نمی شود و پرداخت نمی شود.

اندازه گیری برق راکتیو برای شرکت ها

مورد دیگر شرکت ها و سازمان ها هستند. تعداد زیادی از تجهیزات الکتریکی در تأسیسات تولیدی و کارگاه های صنعتی نصب شده است و کل برق عرضه شده حاوی بخش قابل توجهی از انرژی راکتیو است که برای کارکرد منابع تغذیه و موتورهای الکتریکی لازم است. برق اکتیو و راکتیو عرضه شده به بنگاه ها و سازمان ها نیازمند تفکیک واضح و روش پرداخت متفاوتی برای آن است. در این صورت مبنای تنظیم روابط بین شرکت تامین برق و مصرف کنندگان نهایی یک قرارداد استاندارد است. طبق قوانین تعیین شده در این سند، سازمان هایی که برق بالای 63 A مصرف می کنند به دستگاه خاصی نیاز دارند که قرائت انرژی راکتیو را برای حسابداری و پرداخت ارائه دهد.
شرکت شبکه یک کنتور برق راکتیو نصب می کند و طبق قرائت آن شارژ می کند.

ضریب انرژی واکنشی

همانطور که قبلا ذکر شد، برق فعال و راکتیو در خطوط جداگانه در فاکتورهای پرداخت مشخص شده است. اگر نسبت حجم برق راکتیو و مصرف شده از حد مجاز تجاوز نکند، هیچ هزینه ای برای انرژی راکتیو شارژ نمی شود. ضریب نسبت را می توان به روش های مختلف نوشت، مقدار متوسط ​​آن 0.15 است. اگر از این مقدار آستانه تجاوز شود، به شرکت مصرف کننده توصیه می شود دستگاه های جبران کننده نصب کند.

انرژی راکتیو در ساختمان های آپارتمانی

یک مصرف کننده معمولی برق یک ساختمان آپارتمانی با فیوز اصلی است که بیش از 63 A برق مصرف می کند. اگر چنین ساختمانی منحصراً دارای اماکن مسکونی باشد، هزینه ای برای برق راکتیو دریافت نمی شود. بنابراین، ساکنان یک ساختمان آپارتمان در هزینه ها فقط برای کل برق عرضه شده به خانه توسط تامین کننده می بینند. همین قاعده در مورد تعاونی های مسکن نیز صدق می کند.

موارد خاص اندازه گیری توان راکتیو

مواردی وجود دارد که یک ساختمان چند طبقه دارای هر دو سازمان تجاری و آپارتمان است. عرضه برق به چنین خانه هایی توسط قوانین جداگانه تنظیم می شود. به عنوان مثال، تقسیم می تواند به اندازه منطقه قابل استفاده باشد. اگر در یک آپارتمان، سازمان های تجاری کمتر از نیمی از فضای قابل استفاده را اشغال کنند، پرداخت انرژی راکتیو شارژ نمی شود. اگر از درصد آستانه فراتر رفته باشد، تعهدات پرداخت برای برق راکتیو ایجاد می شود.

در برخی موارد، ساختمان های مسکونی از پرداخت هزینه انرژی راکتیو معاف نیستند. به عنوان مثال، اگر ساختمانی دارای نقاط اتصال آسانسور برای آپارتمان ها باشد، هزینه استفاده از برق راکتیو به طور جداگانه و فقط برای این تجهیزات انجام می شود. مالکان آپارتمان هنوز فقط برای برق فعال پرداخت می کنند.

درک ماهیت انرژی فعال و راکتیو امکان محاسبه صحیح اثر اقتصادی نصب دستگاه های جبرانی مختلف را فراهم می کند که تلفات ناشی از بار راکتیو را کاهش می دهد. طبق آمار، چنین دستگاه هایی به شما امکان می دهند مقدار cos φ را از 0.6 به 0.97 افزایش دهید. بنابراین، دستگاه های جبران کننده خودکار به صرفه جویی تا یک سوم از برق ارائه شده به مصرف کننده کمک می کند. کاهش قابل توجه تلفات حرارتی باعث افزایش طول عمر دستگاه ها و مکانیسم ها در سایت های تولید و کاهش هزینه تمام شده محصولات می شود.