توان ظاهری، فعال و راکتیو چیست؟ از پیچیده به ساده مفاهیم توان اکتیو، ظاهری و راکتیو

همانطور که می دانید، دینام دو نوع انرژی الکتریکی تولید می کند - فعال و راکتیو. انرژی فعال در کوره های الکتریکی، لامپ ها، ماشین های الکتریکی و سایر مصرف کنندگان صرف می شود و به انواع دیگر انرژی - حرارتی، سبک، مکانیکی تبدیل می شود. انرژی راکتیو توسط مصرف کنندگان مصرف نمی شود و از طریق خط تغذیه به ژنراتور بازگردانده می شود. این مستلزم افزایش جریان عبوری از ES است و بر این اساس نیاز به افزایش سطح مقطع آنها دارد.

جبران توان راکتیو

در مدارهای الکتریکی حاوی مقاومت های ترکیبی (بار)، به ویژه اجزای فعال (لامپ های رشته ای، بخاری برقی و غیره) و القایی (موتورهای الکتریکی، ترانسفورماتورهای توزیع، تجهیزات جوشکاری، لامپ های فلورسنت و غیره)، کل توان گرفته شده از شبکه را می توان با نمودار برداری زیر بیان کرد:

تاخیر فاز جریان از ولتاژ در عناصر القایی باعث ایجاد فواصل زمانی می شود (شکل را ببینید) هنگامی که ولتاژ و جریان دارای علائم مخالف هستند: ولتاژ مثبت و جریان منفی است و بالعکس. در این مواقع، برق توسط بار مصرف نمی شود، بلکه از طریق شبکه به سمت ژنراتور برگشت داده می شود. در این حالت، الکتریسیته ذخیره شده در هر عنصر القایی از طریق شبکه منتشر می شود، نه در عناصر فعال، بلکه حرکات نوسانی (از بار به ژنراتور و عقب) انجام می دهد. توان مربوطه را توان راکتیو می نامند.

توان کل مجموع توان اکتیو است که کار مفیدی انجام می دهد و توان راکتیو که صرف ایجاد میدان های مغناطیسی و ایجاد بار اضافی در خطوط برق می شود. نسبت بین توان ظاهری و فعال که بر حسب کسینوس زاویه بین بردارهای آنها بیان می شود، ضریب توان نامیده می شود.

انرژی فعال به انرژی مفید - مکانیکی، حرارتی و سایر انرژی ها تبدیل می شود. انرژی راکتیو با انجام کار مفید همراه نیست، اما ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی ضروری است که وجود آن شرط لازم برای عملکرد موتورهای الکتریکی و ترانسفورماتورها است. مصرف توان راکتیو از سازمان منبع تغذیه نامناسب است، زیرا منجر به افزایش توان ژنراتورها، ترانسفورماتورها، سطح مقطع کابل های تغذیه (کاهش توان) و همچنین افزایش تلفات اکتیو می شود. افت ولتاژ (به دلیل افزایش مولفه راکتیو جریان شبکه تغذیه). بنابراین توان راکتیو باید مستقیماً از مصرف کننده گرفته شود (تولید شود). این تابع انجام می شود واحدهای جبران توان راکتیو (KRM)، که عناصر اصلی آن خازن هستند.

تاسیسات KRM گیرنده‌های توان با جریان خازنی هستند که در حین کار، توان راکتیو پیشرو (جریان در ولتاژ سرب فاز) تولید می‌کنند تا توان راکتیو عقب‌افتاده تولید شده توسط یک بار القایی را جبران کند.

توان راکتیو Q متناسب با جریان راکتیو است که از عنصر القایی عبور می کند:
Q=UxIL،
در جایی که IL جریان راکتیو (القایی) است، U ولتاژ شبکه است. بنابراین، کل جریان تامین کننده بار، مجموع اجزای فعال و القایی است:
I = IR + IL.
برای کاهش نسبت جریان راکتیو در سیستم "بار ژنراتور"، جبران کننده ها (تاسیسات KRM) موازی با بار متصل می شوند. در این حالت، توان راکتیو دیگر بین ژنراتور و بار حرکت نمی کند، بلکه نوسانات محلی بین عناصر راکتیو - سیم پیچ های بار القایی و یک جبران کننده ایجاد می کند. چنین جبران توان راکتیو (کاهش جریان القایی در سیستم بار ژنراتور) امکان انتقال توان اکتیو بیشتر به بار را در همان توان ظاهری اسمی ژنراتور فراهم می کند.

چرا جبران توان راکتیو ضروری است؟

بار اصلی در شبکه های برق صنعتی موتورهای الکتریکی ناهمزمان و ترانسفورماتورهای توزیع هستند. این بار القایی در فرآیند بهره برداری منبع الکتریسیته راکتیو (قدرت راکتیو) است که بین بار و منبع (ژنراتور) در نوسان است، با انجام کار مفید همراه نیست، بلکه صرف ایجاد میدان های الکترومغناطیسی می شود و ایجاد می کند. بار اضافی در خطوط منبع تغذیه.
توان راکتیو با تاخیر (در عناصر القایی، جریان از ولتاژ در فاز عقب می ماند) بین سینوسی فازهای ولتاژ و جریان شبکه مشخص می شود. نشانگر مصرف توان راکتیو می باشد ضریب توان (KM)، عددی برابر با کسینوس زاویه (φ) بین جریان و ولتاژ است. KM مصرف کننده به عنوان نسبت توان فعال مصرف شده به کل توان گرفته شده از شبکه تعریف می شود، به عنوان مثال: cos(f) = P/S. این ضریب برای مشخص کردن سطح توان راکتیو موتورها، ژنراتورها و شبکه شرکت به طور کلی استفاده می شود. هر چه مقدار cos(φ) به واحد نزدیکتر باشد، سهم توان راکتیو گرفته شده از شبکه کمتر است.

مثال: در cos(f) = 1، برای انتقال 500 کیلووات در یک شبکه جریان متناوب 400 ولت، جریان 722 A مورد نیاز است. برای انتقال همان توان فعال با ضریب cos(f) = 0.6، مقدار جریان افزایش می یابد. تا 1203 A.

تلفات اضافی در هادی ها به دلیل افزایش جریان وجود دارد.
ظرفیت شبکه توزیع کاهش می یابد.
ولتاژ شبکه از مقدار اسمی منحرف می شود (افت ولتاژ به دلیل افزایش مولفه راکتیو جریان اصلی).

همه موارد فوق دلیل اصلی این است که شرکت های تامین برق از مصرف کنندگان می خواهند سهم توان راکتیو در شبکه را کاهش دهند.
راه حل این مشکل است جبران توان راکتیو -شرط مهم و ضروری برای عملکرد اقتصادی و قابل اعتماد سیستم منبع تغذیه شرکت است. این تابع انجام می شود دستگاه های جبران توان راکتیو (واحدهای خازن KRM) , که عناصر اصلی آن خازن هستند.

جبران توان راکتیو مناسب اجازه می دهد:

کاهش هزینه های کلی انرژی؛
کاهش بار روی عناصر شبکه توزیع (خطوط تامین، ترانسفورماتورها و تابلو برق)، در نتیجه عمر مفید آنها را افزایش می دهد.
کاهش تلفات جریان حرارتی و هزینه برق؛
کاهش تأثیر هارمونیک های بالاتر؛
سرکوب تداخل شبکه، کاهش عدم تعادل فاز؛
برای دستیابی به قابلیت اطمینان و کارایی بیشتر شبکه های توزیع.

علاوه بر این، در شبکه های موجود، اجازه می دهد:

از بین بردن تولید انرژی راکتیو در شبکه در طول ساعات حداقل بار.
کاهش هزینه تعمیر و نوسازی ناوگان تجهیزات الکتریکی؛
افزایش ظرفیت سیستم منبع تغذیه مصرف کننده، که امکان اتصال بارهای اضافی را بدون افزایش هزینه شبکه ها فراهم می کند.
ارائه اطلاعات در مورد پارامترها و وضعیت شبکه،

و در شبکه های جدید ایجاد شده - برای کاهش توان پست ها و مقطع خطوط کابل که هزینه آنها را کاهش می دهد.

جایی که به جبران توان راکتیو نیاز است

یکی از جهت گیری های اصلی برای کاهش تلفات برق و افزایش راندمان تاسیسات الکتریکی شرکت های صنعتی، جبران توان راکتیو با افزایش همزمان کیفیت برق به طور مستقیم در شبکه های شرکت ها است. کمتر ضریب توان cos(ph)با همان بار فعال گیرنده های برق، تلفات برق و افت ولتاژ در عناصر سیستم های منبع تغذیه بیشتر می شود. بنابراین، همیشه باید تلاش کنید تا بالاترین مقدار ضریب توان را به دست آورید.
برای حل این مشکل از دستگاه های جبران کننده استفاده می شود که به آنها می گویند تاسیسات جبران توان راکتیو (KRM), که عناصر اصلی آن خازن هستند. استفاده از تاسیسات KRM امکان حذف پرداخت برای مصرف از شبکه و تولید توان راکتیو به شبکه را فراهم می کند، در حالی که میزان پرداخت برای انرژی مصرف شده، تعیین شده توسط تعرفه های سیستم قدرت، به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.
کاربرد تاسیسات KRM به طور موثر در شرکت هایی که از ماشین آلات، کمپرسورها، پمپ ها، ترانسفورماتورهای جوشکاری، کوره های الکتریکی، کارخانه های الکترولیز و سایر مصرف کنندگان انرژی با تغییر بار شدید استفاده می شود، یعنی در صنایع متالورژی، معدن، مواد غذایی، در مهندسی مکانیک، نجاری و مصالح ساختمانی. تولید - یعنی هر جا به دلیل ویژگی های تولید و فرآیندهای تکنولوژیکی، مقدار cos(f) از 0.5 تا 0.8 متغیر است.

کاربرد واحدهای جبران توان راکتیو KRM لازم است شرکت هایی با استفاده از:

موتورهای آسنکرون (cos(f) ~ 0.7)؛
موتورهای آسنکرون، در بار جزئی (cos(f) ~ 0.5)؛
کارخانه های الکترولیز یکسو کننده (cos(f) ~ 0.6).
کوره های قوس الکتریکی (cos(f) ~ 0.6)؛
کوره های القایی (cos(f) ~ 0.2-0.6)؛
پمپ های آب (cos(f) ~ 0.8)؛
کمپرسورها (cos(f) ~ 0.7)؛
ماشین آلات، ماشین ابزار (cos(f) ~ 0.5)؛
ترانسفورماتورهای جوشکاری (cos(f) ~ 0.4)؛
لامپ های فلورسنت (cos (f) ~ 0.5-0.6).

کاهش توان ظاهری با جبران توان راکتیو:

* داده های به دست آمده بر اساس تجربه عملیاتی تعمیم یافته تاسیسات KRM

برای تمرین ضروری است که یک بار راکتیو ماهیت القایی را بتوان با اتصال یک بار خازنی به موازات آن جبران کرد. با مطالعه دقیق، این پدیده آشکار می شود: جریان عقب ماندگی شاخه القایی چنین مداری با جریان پیشرو شاخه خازنی جبران می شود. با انتخاب مناسب ظرفیت خازنی، تاخیر جریان در مدار را می توان تقریباً به طور کامل جبران کرد (cos f = 1). خازن هایی که به صورت موازی با یک بار القایی متصل می شوند تا RM آن را جبران کنند، جبران کننده یا کسینوس نامیده می شوند (زیرا برای افزایش cos f EM عمل می کنند).

روش های جبران خسارت

جبران PM می تواند فردی (محلی) باشد، زمانی که خازن ها در مجاورت هر مصرف کننده و گروه با استفاده از واحدهای خازن ویژه نصب می شوند که معمولاً در نزدیکی پست های ترانسفورماتور، نقاط توزیع و غیره قرار دارند و به ابتدای هر خط گروه متصل می شوند. این روش برای نیروگاه های بزرگ مناسب است.

چرا جبران توان راکتیو در شبکه های توزیع برق مورد نیاز است؟

توان اکتیو فقط توسط ژنراتورهای نیروگاه تولید می شود. توان راکتیو توسط ژنراتورهای نیروگاه ها (موتورهای سنکرون ایستگاه ها در حالت تحریک بیش از حد) و همچنین دستگاه های جبران کننده (به عنوان مثال بانک های خازن) تولید می شود.
انتقال توان راکتیو از ژنراتورها از طریق شبکه الکتریکی به مصرف‌کننده‌ها (گیرنده‌های توان القایی) باعث ایجاد هزینه‌های توان اکتیو در شبکه به صورت تلفات می‌شود و علاوه بر آن عناصر شبکه الکتریکی را بارگذاری می‌کند و توان کلی آنها را کاهش می‌دهد.
به عنوان مثال، یک ژنراتور با توان نامی 1250 کیلو ولت آمپر با ضریب توان نامی cosφ=0.8می تواند به مصرف کننده توان فعالی برابر با 1250 × 0.8 = 1000 کیلو وات بدهد. اگر ژنراتور با cosφ=0.6سپس شبکه توان اکتیو برابر با 1250 × 0.6 = 750 کیلو وات دریافت می کند (قدرت اکتیو یک چهارم کمتر استفاده می شود).
بنابراین قاعدتاً افزایش خروجی توان راکتیو توسط ژنراتورهای ایستگاه ها به منظور تحویل آن به مصرف کنندگان توصیه نمی شود. بیشترین اثر اقتصادی زمانی حاصل می شود که دستگاه های جبران کننده (تولید توان راکتیو) در نزدیکی گیرنده های توان القایی که توان راکتیو را مصرف می کنند قرار گیرند.

گیرنده های توان القایی یا مصرف کننده های توان راکتیو

تبدیل کننده.این یکی از حلقه های اصلی در انتقال الکتریسیته از منبع انرژی الکتریکی به مصرف کننده است و برای تبدیل سیستم جریان متناوب یک ولتاژ به یک سیستم جریان متناوب با ولتاژ دیگر با استفاده از القای الکترومغناطیسی طراحی شده است. فرکانس ثابت و بدون تلفات قابل توجه توان.
موتور آسنکرونموتورهای آسنکرون به همراه توان اکتیو تا 65 درصد توان راکتیو سیستم قدرت را مصرف می کنند.
کوره های القاییاینها گیرنده های توان بزرگی هستند که برای عملکرد خود به مقدار زیادی توان راکتیو نیاز دارند. کوره های القایی فرکانس قدرت اغلب برای ذوب فلزات استفاده می شود.
تاسیسات مبدل که جریان متناوب را با استفاده از یکسو کننده ها به جریان مستقیم تبدیل می کنند.این تاسیسات به طور گسترده در شرکت های صنعتی و حمل و نقل ریلی با استفاده از جریان مستقیم استفاده می شود.
حوزه اجتماعی.افزایش تعداد درایوهای الکتریکی مختلف، دستگاه های تثبیت کننده و تبدیل، استفاده از مبدل های نیمه هادی منجر به افزایش توان راکتیو مصرفی می شود و این به نوبه خود بر عملکرد سایر مصرف کنندگان برق تأثیر می گذارد، عمر مفید آنها را کاهش می دهد و تلفات برق اضافی ایجاد می کند. لامپ های فلورسنت مدرن (به اصطلاح کم مصرف) که به طور فزاینده ای در آپارتمان ها و ادارات استفاده می شوند، مصرف کننده توان راکتیو نیز هستند.

عدم جبران توان راکتیو برای مشترکین به چه چیزی منجر می شود؟

برای ترانسفورماتورهای با کاهش cosφتوان اکتیو به دلیل افزایش بار راکتیو کاهش می یابد.
افزایش قدرت ناخالص در هنگام فرود cosφمنجر به افزایش جریان و در نتیجه تلفات توان می شود که متناسب با مجذور جریان است.
افزایش جریان مستلزم افزایش سطح مقطع سیم و کابل است و هزینه های سرمایه ای برای شبکه های الکتریکی در حال افزایش است.
افزایش جریان در حین کاهش cosφمنجر به افزایش افت ولتاژ در تمام قسمت های سیستم قدرت می شود که باعث کاهش ولتاژ برای مصرف کنندگان می شود.
در شرکت های صنعتی، کاهش ولتاژ باعث اختلال در عملکرد عادی گیرنده های الکتریکی می شود. فرکانس چرخش موتورهای الکتریکی کاهش می یابد که منجر به کاهش بهره وری ماشین های کار می شود، بهره وری کوره های الکتریکی کاهش می یابد، کیفیت جوش بدتر می شود، شار نوری لامپ ها کاهش می یابد، توان عملیاتی شبکه های الکتریکی کارخانه کاهش می یابد و در نتیجه کیفیت محصول بدتر می شود.

جنبه فیزیکی فرآیند و اهمیت عملی استفاده از تاسیسات جبران توان راکتیو

برای درک اینکه اصطلاح "قدرت راکتیو" به چه معناست،

تعریف مفهوم توان الکتریکی را به یاد بیاورید. این یک کمیت فیزیکی است که میزان انتقال، مصرف یا تولید برق را در یک زمان معین بیان می کند.

هر چه سطح توان بالاتر باشد، عملکرد یک تاسیسات الکتریکی در یک واحد زمان مشخص بیشتر است. اصطلاح "قدرت لحظه ای" به معنای حاصل ضرب جریان و ولتاژ برای یکی از ممان های هر بخش از مدار الکتریکی است.

اجازه دهید جنبه فیزیکی فرآیند را در نظر بگیریم.

اگر مدارهایی را در نظر بگیریم که در آنها جریان مستقیم رخ می دهد، آنگاه مقدار توان متوسط و لحظه ای برای یک دوره زمانی معین برابر است، اما توان راکتیو وجود ندارد. و در مدارهایی که پدیده جریان متناوب رخ می دهد، وضعیت فوق تنها در صورتی رخ می دهد که بار آنجا کاملاً فعال باشد. این اتفاق می افتد، برای مثال، در یک وسیله الکتریکی مانند یک بخاری برقی. با یک بار کاملاً مقاومتی در مدار در شرایط جریان متناوب، فازهای جریان و ولتاژ بر هم منطبق می شوند و تمام توان به بار داده می شود.

در مورد بار القایی، مانند موتورهای الکتریکی، جریان دارای تاخیر فاز نسبت به ولتاژ است و اگر خازنی باشد، که در دستگاه های الکتریکی مختلف وجود دارد، برعکس، جریان جلوتر است. ولتاژ در فاز از آنجایی که ولتاژ و جریان با یک فاز مطابقت ندارند (با بار راکتیو)، پس توان کامل فقط تا حدی وارد بار می شود، اگر تغییر فاز صفر بود، یعنی بار فعال، می تواند به طور کامل برود.

تفاوت بین توان راکتیو و اکتیو چیست؟

آن بخشی از کل توانی که تحت شرایط دوره جریان متناوب به بار منتقل می شود نامیده می شود قدرت فعال. مقدار آن در نتیجه حاصل ضرب مقادیر ولتاژ و جریان به کسینوس زاویه فازی که بین آنها قرار دارد محاسبه می شود.

و نیرویی که به بار منتقل نشده و در اثر آن تلفات تشعشعی و گرمایی رخ داده است، نامیده می شود. توان راکتیو. مقدار آن حاصل ضرب مقادیر ولتاژ و جریان و سینوس زاویه تغییر فاز است که بین آنها قرار دارد.

از این رو، توان راکتیو اصطلاحی است که بار را مشخص می کند. واحد اندازه گیری آن را ولت راکتیو آمپر، به اختصار var یا var می نامند. اما در زندگی، مقدار اندازه گیری دیگری رایج تر است - کسینوس فی، به عنوان مقداری که کیفیت یک تاسیسات الکتریکی را از جنبه صرفه جویی در مصرف برق اندازه گیری می کند. در واقع، مقدار cos φ به مقدار انرژی بستگی دارد که وقتی از منبع تامین می شود، به بار می رود. بنابراین، استفاده از یک منبع نه چندان قدرتمند کاملاً امکان پذیر است، بنابراین، بر این اساس، مقدار کمتری از انرژی به جایی نمی رسد.

چگونه می توان توان راکتیو را جبران کرد

با توجه به موارد فوق، در مواردی که بار القایی است، باید با استفاده از خازن ها، خازن ها و بار خازنی با استفاده از راکتورها و چوک ها جبران شود. به این ترتیب شما می توانید کسینوس فی را به مقدار کافی از 0.7-0.9 برسانید. اینگونه انجام می شود، اینجوری درست میشه جبران توان راکتیو.

مزیت جبران توان راکتیو چیست؟

تاسیسات جبران توان راکتیو می تواند مزایای اقتصادی زیادی به همراه داشته باشد. طبق آمار، آنها می توانند تا 50٪ در قبوض برق در مناطق مختلف فدراسیون روسیه صرفه جویی کنند. در جایی که آنها نصب می شوند، پولی که برای آنها خرج می شود در کمتر از یک سال نتیجه می دهد.

در مرحله طراحی اشیا، معرفی واحدهای خازن با کاهش سطح مقطع کابل ها به کاهش هزینه های بدست آوردن کابل ها کمک می کند. به عنوان مثال، یک بانک خازن خودکار می تواند اثر افزایش کسینوس فی را از 0.6 به 0.97 داشته باشد.

بیایید یک خط بکشیم:

همانطور که فهمیدیم، تاسیسات جبران توان راکتیو به دلایل زیر به صرفه جویی قابل توجهی در هزینه ها و همچنین افزایش عمر تجهیزات کمک می کند:

1) بار روی ترانسفورماتورهای قدرت کاهش می یابد که باعث افزایش دوام آنها می شود.

2) سطح بار روی کابل ها و سیم ها کاهش می یابد و همچنین می توانید با خرید کابل های کوچکتر در هزینه ها صرفه جویی کنید.

3) افزایش سطح کیفی انرژی الکتریکی گیرنده های برق.

4) هیچ خطری برای پرداخت جریمه برای کاهش cos φ وجود ندارد.

5) مقدار هارمونیک های بالاتر در شبکه کاهش می یابد.

6) میزان مصرف برق کاهش می یابد.

یک بار دیگر به یاد بیاورید که انرژی و توان راکتیو نتایج سیستم قدرت را کاهش می دهد، زیرا بارگذاری جریان های راکتیو در ژنراتورهای نیروگاهی منجر به افزایش حجم سوخت مصرفی و اندازه تلفات در منبع می شود. شبکه ها و گیرنده ها نیز افزایش می یابد و در نهایت سطح افت ولتاژ در شبکه ها افزایش می یابد.

هدف اصلی در انتقال برق افزایش راندمان شبکه ها است. بنابراین کاهش تلفات ضروری است. علت اصلی تلفات توان راکتیو است که جبران آن به طور قابل توجهی کیفیت برق را بهبود می بخشد.

توان راکتیو باعث گرم شدن غیر ضروری سیم ها می شود، پست های الکتریکی بیش از حد بارگذاری می شوند. قدرت ترانسفورماتور و بخش های کابل مجبور به بیش از حد تخمین زده می شوند، ولتاژ اصلی کاهش می یابد.

مفهوم توان راکتیو

برای اینکه بفهمیم توان راکتیو چیست، لازم است انواع دیگری از توان ممکن را تعریف کنیم. هنگامی که یک بار فعال (مقاومت) در مدار وجود دارد، فقط توان اکتیو مصرف می شود که به طور کامل برای تبدیل انرژی صرف می شود. این بدان معنی است که ما می توانیم فرمول بندی کنیم که قدرت فعال چیست، - قدرتی که در آن جریان کار موثری انجام می دهد.

در جریان مستقیم، تنها توان فعال مصرف می شود که طبق فرمول محاسبه می شود:

با وات (W) اندازه گیری می شود.

در مدارهای الکتریکی با جریان متناوب، در حضور بار اکتیو و راکتیو، نشانگر قدرت از دو جزء توان اکتیو و راکتیو خلاصه می شود.

خازنی (خازن). با افزایش فاز جریان در مقایسه با ولتاژ مشخص می شود.
القایی (کویل). با تاخیر فاز جریان نسبت به ولتاژ مشخص می شود.

اگر مدار AC را با بار مقاومتی متصل (هیترها، کتری ها، لامپ های رشته ای) در نظر بگیریم، جریان و ولتاژ در فاز خواهند بود و توان ظاهری گرفته شده در یک بازه زمانی معین، با ضرب کردن ولتاژ و جریان محاسبه می شود. .

با این حال، زمانی که مدار شامل اجزای راکتیو باشد، قرائت ولتاژ و جریان در فاز نخواهد بود، اما با مقدار مشخصی که توسط زاویه تغییر "φ" تعیین می شود، متفاوت خواهد بود. به زبان ساده می گویند که یک بار راکتیو به اندازه مصرف انرژی به مدار باز می گرداند. در نتیجه، معلوم می شود که برای مصرف برق فعال، نشانگر صفر خواهد بود. در همان زمان، یک جریان راکتیو از مدار عبور می کند و هیچ کار موثری انجام نمی دهد. بنابراین توان راکتیو مصرف می شود.

توان راکتیو بخشی از انرژی است که امکان ایجاد میدان های الکترومغناطیسی مورد نیاز تجهیزات AC را فراهم می کند.

محاسبه توان راکتیو طبق فرمول انجام می شود:

Q \u003d U x I x sin φ.

واحد اندازه گیری توان راکتیو VAR (ولتامپر راکتیو) است.

عبارت برای توان اکتیو:

P = U x I x cos φ.

رابطه توان اکتیو، راکتیو و توان ظاهری برای یک جریان متغیر سینوسی به صورت هندسی با سه ضلع یک مثلث قائم الزاویه به نام مثلث توانی نشان داده می شود. مدارهای الکتریکی AC دو نوع انرژی مصرف می کنند: توان اکتیو و توان راکتیو. علاوه بر این، مقدار توان اکتیو هرگز منفی نیست، در حالی که توان راکتیو می تواند مثبت (با بار القایی) یا منفی (با بار خازنی) باشد.

مهم!از مثلث قدرت می توان دریافت که کاهش مولفه راکتیو به منظور افزایش کارایی سیستم همیشه سودمند است.

توان ظاهری به‌عنوان مجموع جبری مقادیر توان فعال و راکتیو یافت نمی‌شود، آن یک مجموع برداری از P و Q است. مقدار کمی آن با گرفتن جذر مجذور مجذور شاخص‌های توان: فعال و راکتیو محاسبه می‌شود. توان ظاهری را می توان بر حسب VA (ولتامپر) یا مشتقات آن: kVA، mVA اندازه گیری کرد.

برای اینکه توان ظاهری محاسبه شود، باید اختلاف فاز بین مقادیر سینوسی U و I مشخص باشد.

ضریب قدرت

با استفاده از یک تصویر برداری هندسی نشان داده شده، می توانید نسبت اضلاع مثلث مربوط به توان مفید و کل را بیابید که برابر با کسینوس فی یا ضریب توان خواهد بود:

این ضریب کارایی شبکه را پیدا می کند.

تعداد وات مصرفی برابر با تعداد ولتامپرهای مصرف شده در ضریب توان 1 یا 100 درصد است.

مهم!توان کامل هر چه به نشانگر فعال نزدیکتر باشد، cos φ بزرگتر یا زاویه جابجایی مقادیر سینوسی جریان و ولتاژ کوچکتر است.

به عنوان مثال، اگر یک سیم پیچ وجود داشته باشد که برای آن:

P = 80 W;
Q = 130 VA;
سپس S = 152.6 BA به عنوان RMS.
cos φ = P/S = 0.52 یا 52٪

می توان گفت که سیم پیچ برای انجام کار مفید 80 وات به 130 وار توان کامل نیاز دارد.

تصحیح cos φ

برای تصحیح cos φ از این واقعیت استفاده می شود که با یک بار خازنی و القایی، بردارهای انرژی راکتیو در پادفاز هستند. از آنجایی که بیشتر بارها القایی هستند، با اتصال یک خازن، می توان به افزایش cos φ دست یافت.

مصرف کنندگان اصلی انرژی راکتیو:

مبدل ها. آنها سیم پیچ هایی هستند که اتصال القایی دارند و با استفاده از میدان های مغناطیسی جریان ها و ولتاژها را تبدیل می کنند. این دستگاه ها عنصر اصلی شبکه های برق هستند که برق را انتقال می دهند. تلفات به خصوص در زمان بیکاری و در بار کم افزایش می یابد. ترانسفورماتورها به طور گسترده در تولید و در زندگی روزمره استفاده می شوند.
کوره های القایی که در آنها فلزات با ایجاد جریان های گردابی در آنها ذوب می شوند.
موتورهای آسنکرون بزرگترین مصرف کننده انرژی راکتیو. گشتاور در آنها با استفاده از میدان مغناطیسی متناوب استاتور ایجاد می شود.
مبدل های برق، مانند یکسو کننده های قدرت که برای تغذیه شبکه تماس حمل و نقل ریلی و غیره استفاده می شود.

بانک های خازن در پست های الکتریکی به منظور کنترل ولتاژ در سطوح تعیین شده متصل می شوند. بار در طول روز با پیک های صبح و عصر تغییر می کند، همچنین در طول هفته، در آخر هفته کاهش می یابد، که قرائت های ولتاژ را تغییر می دهد. اتصال و قطع خازن ها سطح آن متفاوت است. این کار با دست و با کمک اتوماسیون انجام می شود.

چگونه و کجا cos φ اندازه گیری می شود

توان راکتیو با تغییر cos φ با یک دستگاه خاص - فاز متر بررسی می شود. مقیاس آن در مقادیر کمی cos φ از صفر تا یک در بخش های القایی و خازنی درجه بندی می شود. جبران کامل اثر منفی اندوکتانس امکان پذیر نخواهد بود، اما می توان به شاخص مورد نظر - 0.95 در منطقه القایی نزدیک شد.

فازمترها هنگام کار با تاسیساتی استفاده می شوند که می توانند از طریق تنظیم cos φ بر نحوه عملکرد شبکه برق تأثیر بگذارند.

از آنجایی که مولفه راکتیو نیز در محاسبات مالی برای انرژی مصرف شده در نظر گرفته می شود، جبران کننده های خودکار بر روی خازن های در حال تولید نصب می شوند که ظرفیت آنها می تواند متفاوت باشد. در شبکه ها، به عنوان یک قاعده، از خازن های استاتیک استفاده می شود.
هنگام تنظیم cos φ برای ژنراتورهای سنکرون با تغییر جریان مهیج، لازم است آن را به صورت بصری در حالت های عملکرد دستی کنترل کنید.
جبران کننده های سنکرون که موتورهای سنکرون هستند که بدون بار کار می کنند، در حالت تحریک بیش از حد، انرژی شبکه را تامین می کنند که جبران کننده جزء القایی است. برای تنظیم جریان تحریک، قرائت cos φ بر روی فازمتر مشاهده می شود.

تصحیح ضریب توان یکی از موثرترین سرمایه گذاری ها برای کاهش هزینه های انرژی است. در عین حال، کیفیت انرژی دریافتی بهبود می یابد.

ویدئو

توان کل، اکتیو و راکتیو چیست؟ از پیچیده به ساده.

در زندگی روزمره، تقریباً همه با مفهوم "نیروی الکتریکی"، "مصرف برق" یا "این چیز چقدر برق "می خورد" مواجه است. در این مجموعه، ما مفهوم برق متناوب را برای متخصصان متبحر فنی فاش خواهیم کرد و قدرت الکتریکی را به شکل "این چیز چقدر برق می خورد" را در تصویر برای افراد دارای ذهنیت انسان دوستانه نشان خواهیم داد :-). ما کاربردی ترین و کاربردی ترین مفهوم توان الکتریکی را آشکار می کنیم و عمداً از توصیف عبارات دیفرانسیل برای توان الکتریکی دور می شویم.

برق متناوب چیست؟

در مدارهای AC از فرمول برق DC فقط می توان برای محاسبه توان لحظه ای استفاده کرد که با زمان بسیار متفاوت است و برای محاسبات عملی بی فایده است. محاسبه مستقیم مقدار توان متوسط نیاز به ادغام در طول زمان دارد. برای محاسبه توان در مدارهایی که ولتاژ و جریان به صورت متناوب تغییر می کنند، می توان توان متوسط را با ادغام توان لحظه ای در یک دوره محاسبه کرد. در عمل، محاسبه توان در مدارهای ولتاژ و جریان سینوسی متناوب از بیشترین اهمیت برخوردار است.

برای ارتباط مفاهیم توان ظاهری، فعال، توان راکتیو و ضریب توان، راحت است که به نظریه اعداد مختلط روی آوریم. می توان در نظر گرفت که توان در مدار AC با یک عدد مختلط بیان می شود به طوری که توان اکتیو قسمت واقعی آن، توان راکتیو قسمت خیالی آن، توان ظاهری مدول و زاویه φ (تغییر فاز) است. یک استدلال است برای چنین مدلی، تمام روابطی که در زیر نوشته شده است معتبر هستند.

توان فعال (قدرت واقعی)

واحد اندازه گیری وات است (نام روسی: W، کیلووات - کیلووات؛ بین المللی: وات -W، کیلووات - کیلووات).

مقدار متوسط توان لحظه ای در دوره Τ را توان فعال می نامند و

با فرمول بیان می شود:

در مدارهای جریان سینوسی تک فاز که υ و Ι مقادیر rms ولتاژ و جریان هستند و φ زاویه فاز بین آنهاست.

برای مدارهای جریان غیر سینوسی، توان الکتریکی برابر است با مجموع توانهای متوسط مربوطه هر هارمونیک منفرد. توان فعال میزان تبدیل غیرقابل برگشت انرژی الکتریکی به انواع دیگر انرژی (حرارتی و الکترومغناطیسی) را مشخص می کند. توان اکتیو را نیز می توان بر حسب قدرت جریان، ولتاژ و جزء فعال مقاومت مدار r یا رسانایی آن g مطابق فرمول بیان کرد. در هر مدار الکتریکی، اعم از جریان سینوسی و غیر سینوسی، توان اکتیو کل مدار برابر است با مجموع توانهای فعال تک تک قطعات مدار؛ برای مدارهای سه فاز، توان الکتریکی به صورت مجموع قدرت های هر فاز با توان کل S، توان فعال با رابطه مرتبط است.

در تئوری خطوط طولانی (تجزیه و تحلیل فرآیندهای الکترومغناطیسی در یک خط انتقال که طول آن با طول موج الکترومغناطیسی قابل مقایسه است)، آنالوگ کامل توان فعال، توان ارسالی است که به عنوان تفاوت بین توان فرودی تعریف می شود. و قدرت منعکس شده

توان راکتیو

واحد اندازه گیری ولت آمپر راکتیو است (نام روسی: var، kVAR؛ بین المللی: var).

توان راکتیو - مقداری که بارهای ایجاد شده در دستگاه های الکتریکی را با نوسانات انرژی میدان الکترومغناطیسی در مدار جریان متناوب سینوسی مشخص می کند، برابر است با حاصل ضرب مقادیر rms ولتاژ U و جریان I، ضرب در سینوس زاویه فاز φ بین آنها:

(اگر جریان از ولتاژ عقب بماند، تغییر فاز مثبت و اگر جلوتر باشد منفی در نظر گرفته می شود). توان راکتیو به توان ظاهری S و توان اکتیو P توسط: .

مفهوم فیزیکی توان راکتیو انرژی است که از منبع به عناصر راکتیو گیرنده (القاء، خازن، سیم پیچ موتور) پمپ می شود و سپس توسط این عناصر در طول یک دوره نوسان مربوط به این دوره به منبع باز می گردد.

لازم به ذکر است که مقدار sin φ برای مقادیر φ از 0 تا مثبت 90 درجه یک مقدار مثبت است. مقدار sin φ برای مقادیر φ از 0 تا منفی 90 درجه یک مقدار منفی است. طبق فرمول

توان راکتیو می تواند مثبت (اگر بار فعال-القایی باشد) یا منفی (اگر بار فعال-خازنی باشد) باشد. این شرایط بر این واقعیت تأکید دارد که توان راکتیو در کار جریان الکتریکی دخالتی ندارد. وقتی دستگاهی دارای توان راکتیو مثبت است، مرسوم است که می گویند آن را مصرف می کند و زمانی که توان راکتیو منفی دارد، آن را تولید می کند، اما این یک قرارداد خالص است به این دلیل که اکثر دستگاه های مصرف کننده انرژی (مثلاً موتورهای القایی) و همچنین یک بار کاملاً فعال که از طریق ترانسفورماتور متصل می شود، فعال القایی هستند.

استفاده از مبدل های اندازه گیری الکتریکی مدرن بر روی فناوری ریزپردازنده امکان ارزیابی دقیق تری از مقدار انرژی بازگشتی از بار القایی و خازنی به منبع ولتاژ AC را فراهم می کند.

توان می تواند مثبت باشد (اگر بار فعال-القایی باشد) یا منفی (اگر بار فعال-خازنی باشد). این شرایط بر این واقعیت تأکید دارد که توان راکتیو در کار جریان الکتریکی دخالتی ندارد. وقتی دستگاهی دارای توان راکتیو مثبت است، مرسوم است که می گویند آن را مصرف می کند و زمانی که توان راکتیو منفی دارد، آن را تولید می کند، اما این یک قرارداد خالص است به این دلیل که اکثر دستگاه های مصرف کننده انرژی (مثلاً موتورهای القایی) و همچنین یک بار کاملاً فعال که از طریق ترانسفورماتور متصل می شود، فعال القایی هستند.

ژنراتورهای سنکرون نصب شده در نیروگاه ها بسته به میزان جریان تحریکی که در سیم پیچ روتور ژنراتور جریان دارد، هم می توانند توان راکتیو تولید و هم مصرف کنند. با توجه به این ویژگی ماشین های الکتریکی سنکرون، سطح مشخص شده ولتاژ شبکه تنظیم می شود. برای حذف اضافه بار و افزایش ضریب توان تاسیسات الکتریکی، جبران توان راکتیو انجام می شود.

استفاده از مبدل‌های اندازه‌گیری الکتریکی مدرن بر روی فناوری ریزپردازنده امکان ارزیابی دقیق‌تری از مقدار انرژی بازگشتی از بارهای القایی و خازنی به منبع ولتاژ AC را فراهم می‌کند.

توان ظاهری

واحد کل توان الکتریکی ولت آمپر است (نام روسی: В·А, VA, kVA-kilo-volt-ampere؛ بین المللی: V·A, kVA).

توان کامل - مقداری برابر با حاصل ضرب مقادیر مؤثر جریان الکتریکی دوره ای I در مدار و ولتاژ U در پایانه های آن: . نسبت توان ظاهری به توان اکتیو و راکتیو به صورت زیر بیان می شود: که در آن P - توان اکتیو، Q - توان راکتیو (با بار القایی Q>0 و با بار خازنی Q<0).

وابستگی برداری بین توان ظاهری، فعال و راکتیو با فرمول بیان می شود:

توان ظاهری به عنوان مقداری که بارهای تحمیل شده توسط مصرف کننده بر روی عناصر شبکه تامین (سیم، کابل، تابلو برق، ترانسفورماتور، خطوط برق) را توصیف می کند، اهمیت عملی دارد، زیرا این بارها به جریان مصرفی بستگی دارند و نه بر روی انرژی واقعی مصرف کننده. به همین دلیل است که توان کل ترانسفورماتورها و تابلوها بر حسب ولت آمپر اندازه گیری می شود نه بر حسب وات.

به صورت بصری و شهودی، تمام توصیفات فرمولی و متنی بالا از توان های کل، راکتیو و فعال با شکل زیر منتقل می شود:-)

متخصصان شرکت NTS-Group (TM Elektrokaprizam-NET) تجربه زیادی در انتخاب تجهیزات تخصصی برای سیستم های ساختمانی برای ارائه امکانات حیاتی با منبع تغذیه بدون وقفه دارند. ما می‌توانیم با بالاترین کیفیت پارامترهای الکتریکی و عملیاتی مختلفی را در نظر بگیریم که به ما امکان می‌دهد یک گزینه اقتصادی مناسب برای ساخت یک سیستم منبع تغذیه اضطراری با استفاده از نیروگاه‌های سوخت سوخت و سایر تجهیزات مرتبط انتخاب کنیم.

قدرت فوری پبخش دلخواه مدار که ولتاژ و جریان آن طبق قانون تغییر می کند تو=U m sin( تی)، من = من m sin( t-), فرم را دارد

p = UI = U m sin( تی)من m sin( t- )= Uمتر من m/2 =

= Uمن cos -UI cos(2 t-) = (UI co - UI cos cos2 تی)– رابط کاربری sin sin2 تی. (1)

برق اکتیو مدار AC پبه عنوان میانگین توان لحظه ای تعریف می شود پ(تی) در طول دوره:

از آنجایی که مقدار متوسط تابع هارمونیک در طول دوره 0 است.

از این نتیجه می شود که توان متوسط در طول دوره به زاویه فاز بین ولتاژ و جریان بستگی دارد و اگر بخش مدار دارای مقاومت فعال باشد برابر با صفر نیست. دومی نام آن را توضیح می دهد  قدرت فعال. بار دیگر تاکید می کنیم که در مقاومت فعال تبدیل غیر قابل برگشت انرژی الکتریکی به انواع دیگر انرژی، به عنوان مثال، به انرژی حرارتی وجود دارد. توان اکتیو را می توان به عنوان نرخ متوسط عرضه انرژی به یک بخش مدار در یک دوره تعریف کرد. توان اکتیو بر حسب وات (W) اندازه گیری می شود.

توان راکتیو

هنگام محاسبه مدارهای الکتریکی، به اصطلاح واکنش پذیرقدرت. این فرآیندهای تبادل انرژی بین عناصر راکتیو مدار و منابع انرژی را مشخص می کند و از نظر عددی برابر با دامنه مولفه متغیر توان لحظه ای مدار است. مطابق با این، توان راکتیو را می توان از (1) به عنوان تعیین کرد

س = UIگناه 

بسته به علامت زاویه  توان راکتیو می تواند مثبت یا منفی باشد. واحد توان راکتیو برای تشخیص آن از واحد توان اکتیو، نه وات، بلکه راکتیو ولت آمپر وار نامیده می شود. توان راکتیو عناصر القایی و خازنی برابر با دامنه توان های لحظه ای آنهاست. پزمین پسی. با در نظر گرفتن مقاومت این عناصر، توان راکتیو سلف و خازن برابر است. س L= UI=ایکس L من 2 و س C= UI=ایکسسی من 2 به ترتیب.

توان راکتیو حاصل از یک مدار الکتریکی منشعب به صورت مجموع جبری توان راکتیو عناصر مدار با در نظر گرفتن ماهیت آنها (القایی یا خازنی) یافت می شود: س=س L- سج. اینجا س L کل توان راکتیو تمام عناصر مدار القایی و س C نشان دهنده کل توان راکتیو تمام عناصر مدار خازنی است.

قدرت کامل

علاوه بر توان اکتیو و راکتیو، مدار جریان سینوسی با توان کل مشخص می شود که با حرف نشان داده می شود. اس. توان کامل بخش به عنوان حداکثر توان فعال ممکن در یک ولتاژ معین درک می شود Uو جاری من. بدیهی است که حداکثر توان اکتیو در cos=1 به دست می آید، یعنی در صورت عدم تغییر فاز بین ولتاژ و جریان:

اس = رابط کاربری

لزوم معرفی این توان با این واقعیت توضیح داده می شود که هنگام طراحی دستگاه های الکتریکی، دستگاه ها، شبکه ها و غیره، آنها برای یک ولتاژ نامی مشخص محاسبه می شوند. Uجریان نامی و تعریف شده من nom و محصول آنها Uنام من nom \u003d S nom حداکثر توان ممکن را به این دستگاه می دهد (کل قدرت S nom در گذرنامه اکثر دستگاه های الکتریکی AC نشان داده شده است.). برای تشخیص توان کل از سایر توان ها، واحد اندازه گیری آن ولت آمپر نامیده می شود و به اختصار VA نامیده می شود. توان ظاهری از نظر عددی برابر با دامنه مولفه متغیر توان لحظه ای است.

از نسبت های بالا، می توانید رابطه بین قدرت های مختلف را پیدا کنید:

پ = اس co، س= اسگناه  اس= UI=

و زاویه تغییر فاز را بر حسب توان اکتیو و راکتیو بیان کنید:

یک ترفند ساده را در نظر بگیرید که به شما امکان می دهد توان اکتیو و راکتیو یک بخش مدار را از روی ولتاژ و جریان پیچیده پیدا کنید. این شامل گرفتن حاصل ضرب ولتاژ پیچیده است و جاری ، مزدوج پیچیده به جریان بخش مدار مورد نظر عملیات صرف مختلط عبارت است از تغییر علامت به مخالف در مقابل قسمت خیالی عدد مختلط، یا تغییر علامت فاز عدد مختلط، اگر عدد به صورت نماد نمایی نشان داده شود. در نتیجه، مقداری به نام دریافت می کنیم قدرت یکپارچه کاملو نشان داد . اگر
، سپس برای کل توان پیچیده بدست می آوریم:

این نشان می دهد که توان های فعال و راکتیو به ترتیب قسمت های واقعی و تخیلی کل توان پیچیده هستند. برای تسهیل به خاطر سپردن تمام فرمول های مربوط به قدرت ها، در شکل. 7، ب(ص 38) یک مثلث قدرتی ساخته شده است.