بار راکتیو چیست بار دیگر در مورد توان: فعال، راکتیو، ظاهری (P، Q، S)، و همچنین ضریب توان (PF)

هنگام محاسبه قدرت الکتریکیمصرف شده توسط هر وسیله الکتریکی یا خانگی، به اصطلاح قدرت ظاهری معمولا در نظر گرفته می شود جریان الکتریسیتهاجرا کردن کار خاصدر یک مدار بار معین مفهوم "توان کامل" به معنای تمام توانی است که توسط دستگاه الکتریکی مصرف می شود و هم جزء فعال و هم جزء راکتیو را شامل می شود که به نوبه خود با توجه به نوع بار مورد استفاده در مدار تعیین می شود. توان فعال همیشه با وات (W) اندازه گیری و گزارش می شود، در حالی که توان ظاهری معمولاً بر حسب ولت آمپر (VA) داده می شود. دستگاه های مختلف - مصرف کنندگان انرژی الکتریکی می توانند در مدارهایی کار کنند که دارای اجزای فعال و راکتیو جریان الکتریکی هستند.

جزء فعالمصرف شده توسط هر بار از قدرت جریان الکتریکی می سازد کار مفیدو به انواع انرژی مورد نیاز ما (حرارتی، نور، صوت و غیره) تبدیل می شود. وسایل برقی انفرادی عمدتاً بر روی این جزء قدرت کار می کنند. اینها لامپ های رشته ای، اجاق های برقی، بخاری ها، کوره های برقی، اتو و غیره هستند.
با مقدار مصرف برق اکتیو 1 کیلو وات درج شده در پاسپورت دستگاه، توان کامل 1 کیلو ولت آمپر را از شبکه مصرف می کند.

جزء واکنشیجریان الکتریکی فقط در مدارهای حاوی عناصر راکتیو (القاء و خازن) رخ می دهد و معمولاً صرف گرمایش بی فایده هادی هایی می شود که این مدار را تشکیل می دهند. نمونه ای از چنین بارهای راکتیو موتورهای الکتریکی هستند انواع مختلف، ابزارهای برقی قابل حمل (دریل برقی، آسیاب، شکار دیواری و غیره)، و همچنین انواع لوازم الکترونیکی خانگی. مجموع توان این دستگاه ها که بر حسب ولت آمپر اندازه گیری می شود و توان اکتیو (بر حسب وات) از طریق ضریب توان cosφ با یکدیگر مرتبط هستند که می تواند مقداری از 0.5 تا 0.9 داشته باشد. این دستگاه ها معمولا توان اکتیو بر حسب وات و مقدار ضریب cosφ را نشان می دهند. برای تعیین کل مصرف برق در VA، به مقدار نیاز دارید قدرت فعال(W) تقسیم بر cosφ.

به عنوان مثال: اگر مته برقی دارای قدرت 600 وات و cosφ = 0.6 باشد، نتیجه می شود که کل توان مصرفی ابزار 600 / 0.6 = 1000 VA است. در صورت عدم وجود داده در مورد cosφ، می توانید مقدار تقریبی آن را بگیرید که برای یک ابزار برقی خانگی تقریباً 0.7 است.

هنگام بررسی موضوع اجزای فعال و راکتیو الکتریسیته (به طور دقیق تر، توان آن)، معمولاً منظور پدیده هایی است که در مدارها رخ می دهد. جریان متناوب. معلوم شد که بارهای مختلف در مدارهای AC کاملاً متفاوت عمل می کنند. برخی از بارها از انرژی منتقل شده به آنها برای هدف مورد نظر خود (یعنی برای انجام کار مفید) استفاده می کنند، در حالی که نوع دیگری از بار ابتدا این انرژی را ذخیره می کند و سپس آن را به منبع برق برمی گرداند.

با توجه به نوع رفتار آنها در مدارهای AC، بارهای مصرف کننده مختلف به دو نوع زیر تقسیم می شوند:

1. نوع بار فعالتمام انرژی دریافتی از منبع را جذب می کند و آن را به کار مفید تبدیل می کند (مثلاً نور یک لامپ) و شکل جریان در بار دقیقاً شکل ولتاژ روی آن را تکرار می کند (تغییر فاز وجود ندارد).

2. نوع بار راکتیوبا این واقعیت مشخص می شود که در ابتدا (برای مدت معینی)، انرژی تامین شده توسط منبع برق را جمع می کند. سپس انرژی ذخیره شده (در یک دوره زمانی مشخص) به این منبع بازگردانده می شود. چنین بارهایی شامل عناصر مدارهای الکتریکی مانند خازن ها و سلف ها و همچنین دستگاه های حاوی آنها است. در عین حال در چنین باری یک تغییر فاز معادل 90 درجه بین ولتاژ و جریان وجود دارد. از آنجایی که هدف اصلی سیستم های موجودمنبع تغذیه تحویل مفید برق از تولید کننده به طور مستقیم به مصرف کننده است (به جای پمپاژ آن به جلو و عقب) - جزء راکتیو توان معمولاً یک مشخصه مضر مدار در نظر گرفته می شود.

تلفات مولفه راکتیو در شبکه مستقیماً با مقدار ضریب توانی که در بالا بحث شد، مرتبط است، یعنی. هر چه cosφ مصرف کننده بیشتر باشد تلفات برق در خط کمتر و انتقال برق به مصرف کننده ارزان تر خواهد بود.
بنابراین، این ضریب توان است که به ما نشان می دهد که چگونه به طور موثر از توان عملیاتی منبع تغذیه استفاده می شود. به منظور افزایش مقدار ضریب توان (cosφ) در انواع تاسیسات الکتریکی از روش های ویژه جبران توان راکتیو استفاده می شود.
معمولاً برای افزایش ضریب توان (با کاهش تغییر فاز بین جریان و ولتاژ - زاویه φ) در شبکه عاملشامل دستگاه های جبران کننده ویژه ای است که مولدهای کمکی جریان پیشرو (خازنی) هستند.
علاوه بر این، استفاده از بانک های خازنی که موازی با حجم کار متصل شده و به عنوان جبران کننده سنکرون برای جبران تلفات ناشی از جزء القایی مدار استفاده می شوند، بسیار رایج است.

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 مصرف کنندگان برق به انواع دیگر انرژی تبدیل می شود: مکانیکی، حرارتی، انرژی هوای فشردهو گاز و غیره

مقدار متوسط ​​ترم دوم توان لحظه ای (1.1) (با فرکانس مضاعف می زند) در طول زمان T صفر است، یعنی ایجاد آن نیازی به هزینه های 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 در حال انجام است. 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 کامل S = UI - VA.

توان راکتیو- مقداری که بارهای ایجاد شده در دستگاه های الکتریکی را با نوسانات (تبادل) انرژی بین منبع و گیرنده مشخص می کند. برای جریان سینوسی برابر با حاصلضرب است ارزش های موثرجاری منو استرس Uتوسط سینوس زاویه تغییر فاز بین آنها: س = UI sinφ. واحد اندازه گیری - VAR.

توان راکتیو به کار مفید EP مربوط نمی شود و فقط برای ایجاد میدان های الکترومغناطیسی متغیر 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 هستند موتورهای آسنکرون(60-65% کل مصرف)، ترانسفورماتورها (20-25%)، مبدل های شیر، راکتورها، شبکه های برق سربار و سایر گیرنده ها (10%).

انتقال توان راکتیو شبکه های الکتریکی و تجهیزات نصب شده در آن را بارگذاری می کند و آنها را کاهش می دهد توان عملیاتی. 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 دارای ترتیب بزرگی زیر است: خط بالایی 20 کیلو ولت در هر 1 کیلومتر خط سه فاز 1 کیلو ولت تولید می کند. کابل زیرزمینی 20 کیلو ولت - 20 کیلووار بر کیلومتر؛ خط هوایی 220 کیلو ولت - 150 کیلووار 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

مطابق شکل 5.1 و (5.2) نتیجه می شود که S 2 \u003d 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 نهاده‌های تأمین‌کننده یک بنگاه صنعتی، مقدار میانگین موزون این ضریب باید در محدوده 0.92-0.95 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. در محاسبات، کار با رابطه tgφ = راحت تر است Q/Pکه به آن ضریب توان راکتیو می گویند.

شرکت های با ظرفیت متصل بیش از 150 کیلو وات (به استثنای مصرف کنندگان "داخلی") تعیین می شوند. محدودیت های ضریب توان راکتیودر ساعات پر بار روزانه مصرف می شود شبکه برق- از ساعت 7 صبح تا 11 شب (دستور وزارت صنعت و انرژی فدراسیون روسیه مورخ 22 فوریه 2007 شماره 49 "در مورد روش محاسبه مقادیر نسبت مصرف توان فعال و راکتیو 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.

محدودیت های ضریب 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 0.4 کیلو ولت - 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 جریان فعال است منیک و جریان کامل من، که به نوبه خود جمع برداری است جریان فعال من a که در فاز با ولتاژ و جریان راکتیو است من p در زاویه 90 درجه نسبت به آن. 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.

که در ژنراتورهای سنکرونو موتورها، ابعاد مدارهای تحریک امکان تامین توان راکتیو را محدود می کند حداکثر مقادیر tgφ = 0.75 (cosφ = 0.8) یا تا tgφ = 0.5 (cosφ = 0.9) (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 Uنامی می تواند توان راکتیو نامی تولید کند س nom ≈ 0.5 پنام

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

مزیت SM مورد استفاده برای جبران توان راکتیو در مقایسه با CB امکان تنظیم روان توان راکتیو تولید شده است. نقطه ضعف این است که تلفات فعال برای تولید توان راکتیو برای SM بیشتر از CB است.

تلفات فعال اضافی در سیم پیچ SM ناشی از توان راکتیو تولید شده در cosφ از 1 به 0.9 در توان اکتیو نامی SM برابر است. پنام، کیلووات:

آرنام = س 2 عدد 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 توان راکتیو قسمت اصلی (اصلی) منحنی های بار را جبران می کند و SD پیک های بار نمودار را کاهش می دهد.

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 شرکت 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. طرح IRM در شکل نشان داده شده است. 5.2. از اندوکتانس ها به عنوان اندوکتانس قابل تنظیم استفاده می کند LRو ظروف غیرقابل تنظیم با 1-با 3.

برنج. 5.2. منابع توان راکتیو سریع

تنظیم اندوکتانس توسط گروه های تریستور انجام می شود در مقابلکه الکترودهای کنترل 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 با تنظیم عمیق توان راکتیو رخ دهد.

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 در بهره برداری از شبکه های الکتریکی است.

در زنجیر جریان مستقیمتوان را به اجزای مختلف مانند فعال و راکتیو تقسیم نمی کنند، بنابراین از یک عبارت ساده P=U*I استفاده می کنند. اما با جریان متناوب، وضعیت متفاوت است. در این مقاله به بررسی توان فعال، راکتیو و ظاهری خواهیم پرداخت. مدار الکتریکی.

تعریف

بار یک مدار الکتریکی تعیین می کند که چه مقدار جریان از آن عبور می کند. اگر جریان ثابت باشد، در بیشتر موارد می توان مقاومتی با مقاومت معین را به عنوان معادل بار تعیین کرد. سپس توان با یکی از فرمول ها محاسبه می شود:

P=I 2 *R

P=U2/R

از همین فرمول برای تعیین توان کل در مدار AC استفاده می شود.

بار به دو نوع اصلی تقسیم می شود:

• فعال یک بار مقاومتی است، مانند عناصر گرمایش، لامپ های رشته ای و مانند آن.
• واکنشی - می تواند القایی (موتورها، سیم پیچ های استارت، شیر برقی) و خازنی (واحدهای خازن و غیره) باشد.

مورد دوم فقط با جریان متناوب اتفاق می افتد، به عنوان مثال، در یک مدار جریان سینوسی، که دقیقا همان چیزی است که شما در پریزهای خود دارید. تفاوت بین انرژی فعال و راکتیو چیست، در ادامه توضیح خواهیم داد زبان سادهبه طوری که اطلاعات برای برقکارهای تازه کار قابل درک شود.

معنی بار راکتیو

در یک مدار الکتریکی با بار راکتیو، فاز جریان و فاز ولتاژ در زمان بر هم منطبق نیستند. بسته به ماهیت تجهیزات متصل، ولتاژ یا جریان را هدایت می کند (در اندوکتانس) یا از آن عقب می ماند (در ظرفیت). نمودارهای برداری برای توصیف سوالات استفاده می شود. در اینجا همان جهت بردار ولتاژ و جریان نشان دهنده تطابق فاز است. و اگر بردارها در یک زاویه مشخص نشان داده شوند، این سرب یا تاخیر فاز بردار مربوطه (ولتاژ یا جریان) است. بیایید به هر یک از آنها نگاه کنیم.

در یک سلف، ولتاژ همیشه منجر به جریان می شود. "فاصله" بین فازها بر حسب درجه اندازه گیری می شود که به وضوح در نمودارهای برداری نشان داده شده است. زاویه بین بردارها با حرف یونانی فی نشان داده می شود.

در خازن، وضعیت برعکس است - جریان ولتاژ را هدایت می کند، زیرا اندوکتانس، هنگام شارژ، مصرف می کند جریان بالا، که با شارژ شدن کاهش می یابد. اگرچه اغلب آنها می گویند که ولتاژ از جریان عقب می افتد.

به طور خلاصه و واضح، این جابجایی ها را می توان با قوانین سوئیچینگ توضیح داد که طبق آن ولتاژ نمی تواند فوراً در ظرفیت خازن تغییر کند و جریان نمی تواند در اندوکتانس تغییر کند.

مثلث قدرت و کسینوس فی

اگر کل مدار را بگیریم، ترکیب آن، فازهای جریان و ولتاژ را تجزیه و تحلیل کنیم، سپس یک نمودار برداری بسازیم. پس از آن، فعال را در امتداد محور افقی، و راکتیو را در امتداد محور عمودی به تصویر بکشید و انتهای این بردارها را با بردار حاصل وصل کنید - یک مثلث قدرتی به دست می آورید.

نسبت توان اکتیو و راکتیو را بیان می کند و بردار متصل کننده انتهای دو بردار قبلی توان کل را بیان می کند. همه اینها خیلی خشک و گیج کننده به نظر می رسد، بنابراین به تصویر زیر نگاه کنید:

حرف P مخفف توان اکتیو، Q برای توان راکتیو، S به معنای توان ظاهری است.

فرمول توان کل به صورت زیر است:

دقت ترین خوانندگان باید متوجه شباهت فرمول به قضیه فیثاغورث شده باشند.

واحدها:

• P - W، KW (وات)؛
• Q - VAR، kvar (ولت آمپر راکتیو)؛
• S - VA (ولت آمپر)؛

محاسبات

برای محاسبه توان کل از یک فرمول به صورت مختلط استفاده می شود. به عنوان مثال، برای یک ژنراتور، محاسبه به نظر می رسد:

و برای مصرف کننده:

اما ما دانش را در عمل به کار خواهیم برد و نحوه محاسبه مصرف برق را خواهیم فهمید. همانطور که می دانید، ما، مصرف کنندگان عادی، فقط برای مصرف جزء فعال برق پرداخت می کنیم:

P=S*cos

در اینجا مقدار جدید cosФ را می بینیم. این ضریب توان است، جایی که Ф زاویه بین اجزای فعال و کامل مثلث است. سپس:

cosФ=P/S

به نوبه خود، توان راکتیو با فرمول محاسبه می شود:

Q \u003d U * I * sinФ

برای تجمیع اطلاعات، سخنرانی ویدیویی را بررسی کنید:

تمام موارد فوق برای مدار سه فاز صادق است، فقط فرمول ها متفاوت خواهند بود.

پاسخ به سوالات رایج

توان ظاهری، اکتیو و راکتیو یک موضوع مهم در برق برای هر برقکار است. به عنوان نتیجه گیری، ما مجموعه ای از 4 سوال متداول در مورد این موضوع را انتخاب کرده ایم.

• کار با توان راکتیو چیست؟

پاسخ: کار مفیدی انجام نمی دهد، اما بار روی خط، از جمله با در نظر گرفتن مولفه راکتیو، تمام توان است. لذا برای کاهش بار کلی با آن مبارزه می کنند یا به زبان سواد جبران می کنند.

• چگونه جبران می شود؟

- برای این منظور، از تاسیسات برای جبران معرف استفاده می شود. اینها می توانند بانک های خازن یا جبران کننده های سنکرون (موتورهای سنکرون) باشند. ما در این مقاله با جزئیات بیشتری به این موضوع پرداختیم:

• واکنش دهنده به واسطه چه مصرف کنندگانی ایجاد می شود؟

- اول از همه، اینها موتورهای الکتریکی هستند - پرتعدادترین نوع تجهیزات الکتریکی در شرکت ها.

• چه چیزی به مصرف زیاد انرژی راکتیو آسیب می رساند؟

- علاوه بر بار روی خطوط برق، باید در نظر داشت که شرکت ها برای تمام ظرفیت پرداخت می کنند و اشخاص حقیقی- فقط فعال این باعث افزایش قبض برق می شود.

این ویدئو توضیح ساده ای از مفاهیم توان راکتیو، فعال و ظاهری ارائه می دهد:

اینجاست که ما به بررسی خود پایان می دهیم. این مساله. امیدواریم اکنون برای شما روشن شده باشد که توان فعال، راکتیو و ظاهری چیست، چه تفاوت هایی بین آنها وجود دارد و هر مقدار چگونه تعیین می شود.

مواد

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 دوره ای تغییر می کنند، توان متوسطرا می توان با ادغام توان لحظه ای در یک دوره محاسبه کرد. در تمرین بالاترین ارزشدارای محاسبه توان در مدارهای ولتاژ و جریان سینوسی متناوب 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 (تحلیل فرآیندهای الکترومغناطیسی در یک خط انتقال که طول آن با طول موج الکترومغناطیسی قابل مقایسه است) آنالوگ کاملتوان اکتیو توان ارسالی است که به عنوان تفاوت بین توان فرودی و توان بازتابی تعریف می شود.

توان راکتیو

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

توان راکتیو مقداری است که بارهای ایجاد شده در دستگاه های الکتریکی توسط نوسانات انرژی الکتریکی را مشخص می کند. میدان مغناطیسیدر مدار جریان متناوب سینوسی، برابر است با حاصل ضرب مقادیر ریشه میانگین مربع 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 در فناوری ریزپردازندهامکان ارزیابی دقیق تری از مقدار انرژی برگشتی از بارهای 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 سنکرون ماشین های الکتریکیتنظیم سطح ولتاژ تنظیم شده شبکه انجام 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.

تمام فرمول های فوق را به صورت بصری و شهودی پاک کنید و توضیحات متنتوان ظاهری، راکتیو و اکتیو شکل زیر را نشان می دهد:-)

متخصصان NTS-Group (TM Elektrokaprizam-NET) تجربه زیادی در انتخاب دارند. تجهیزات تخصصیبرای ایجاد سیستم هایی برای تامین امکانات حیاتی با منبع تغذیه بدون وقفه. 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.

© این مطالب توسط متخصصان شرکت NTS-group (TM Elektrokaprizam-NET) با استفاده از اطلاعات منابع باز تهیه شده است. از دایره المعارف آزاد ویکی پدیا https://ru.wikipedia.org

در عین حال، دو شاخص متمایز می شوند که نشان دهنده هزینه های قدرت کامل در هنگام سرویس دهی به مصرف کننده است. این شاخص ها انرژی فعال و راکتیو نامیده می شوند. توان ناخالص مجموع این دو رقم است. در مورد آنچه فعال است و الکتریسیته راکتیوو نحوه بررسی میزان پرداخت های انباشته شده، سعی خواهیم کرد در این مقاله بگوییم.

قدرت کامل

طبق رویه ایجاد شده، مصرف کنندگان نه برای ظرفیت مفیدی که مستقیماً در اقتصاد استفاده می شود، بلکه برای ظرفیت کاملی که توسط شرکت تأمین کننده آزاد می شود، پرداخت می کنند. این شاخص ها با واحدهای اندازه گیری متمایز می شوند - توان کل بر حسب ولت آمپر (VA) و توان مفید با کیلووات اندازه گیری می شود. الکتریسیته اکتیو و راکتیو توسط تمام وسایل برقی برقی 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 یکسان است. از جمله این وسایل می توان به اجاق های برقی، لامپ های رشته ای، کوره های برقی، بخاری، اتو و ... اشاره کرد.

اگر قدرت فعال 1 کیلو وات در گذرنامه نشان داده شده باشد، کل قدرت چنین دستگاهی 1 کیلو ولت آمپر خواهد بود.

مفهوم الکتریسیته راکتیو

این نوع الکتریسیته در مدارهایی که شامل عناصر راکتیو هستند ذاتی است. الکتریسیته راکتیو بخشی از کل توان ورودی است که برای کارهای مفید استفاده نمی شود.

در مدارهای الکتریکی DC مفهوم توان راکتیو وجود ندارد. در مدارها، جزء راکتیو تنها زمانی رخ می دهد که 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 یک بار القایی در مدار، یک تاخیر فاز مشاهده می شود، با یک بار خازنی، جلوتر از آن است. بنابراین تنها بخشی از برق کامل به دست مصرف کننده می رسد و تلفات اصلی به دلیل گرم شدن بی فایده دستگاه ها و دستگاه ها در حین کار رخ می دهد.

تلفات برق به دلیل وجود دستگاه های الکتریکیسیم پیچ ها و خازن های القایی به دلیل آنها، الکتریسیته برای مدتی در مدار جمع می شود. سپس انرژی ذخیره شده به مدار باز می گردد. دستگاه هایی که شامل یک جزء راکتیو الکتریسیته می شوند عبارتند از ابزارهای برقی قابل حمل، موتورهای الکتریکی و انواع مختلف لوازم خانگی. این مقدار با در نظر گرفتن یک ضریب توان ویژه محاسبه می شود که به آن cos φ گفته می شود.

محاسبه الکتریسیته راکتیو

ضریب توان در محدوده 0.5 تا 0.9 قرار دارد. مقدار دقیق این پارامتر را می توان در پاسپورت دستگاه برقی یافت. توان ظاهری باید به عنوان ضریب توان فعال تقسیم بر یک ضریب تعریف شود.

به عنوان مثال، اگر پاسپورت یک مته برقی قدرت 600 وات و مقدار 0.6 را نشان دهد، کل توان مصرفی دستگاه 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، تحویل است قدرت مفیدبرای مصرف کننده نهایی، تلفات توان راکتیو یک عامل منفی در نظر گرفته می شود و افزایش این شاخص باعث ایجاد تردید در کارایی مدار الکتریکی به عنوان یک کل می شود. 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 تلفات

هر چه مقدار ضریب توان بیشتر باشد، تلفات کمتر خواهد بود. برق فعال- یعنی مصرف کننده نهایی مصرف می کند انرژی الکتریکیهزینه کمی کمتر خواهد داشت به منظور افزایش مقدار این ضریب از روش های مختلفی برای جبران تلفات غیرهدف برق در مهندسی 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 کار متصل می شوند و به عنوان جبران کننده سنکرون استفاده می شوند.

محاسبه هزینه برق برای مشترکین خصوصی

برای استفاده انفرادی، برق فعال و راکتیو در صورتحساب ها جدا نشده است - از نظر 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

چیز دیگر - شرکت ها و سازمان ها. تعداد زیادی تجهیزات الکتریکی در اماکن صنعتی و کارگاه های صنعتی نصب می شود و در کل برق ورودی بخش قابل توجهی از انرژی راکتیو وجود دارد که برای کارکرد منابع تغذیه و موتورهای الکتریکی لازم است. برق اکتیو و راکتیو عرضه شده به بنگاه ها و سازمان ها نیاز به تفکیک واضح و روش متفاوتی برای پرداخت آن دارد. در این مورد، قرارداد استاندارد به عنوان پایه ای برای تنظیم روابط بین تامین کننده برق و مصرف کنندگان نهایی عمل می کند. 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 اندازه گیری 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 اکتیو و راکتیو در فاکتورهای پرداخت در خطوط جداگانه تخصیص داده می شود. اگر نسبت حجم برق راکتیو و مصرفی از هنجار تعیین شده تجاوز نکند، پرداخت انرژی راکتیو شارژ نمی شود. ضریب نسبت را می توان به روش های مختلف نوشت، مقدار متوسط ​​آن 0.15 است. در صورت تجاوز از این مقدار آستانه، به شرکت مصرف کننده توصیه می شود دستگاه های جبرانی 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 فقط دارای محل مسکونی باشد، برای برق راکتیو هزینه ای دریافت نمی شود. بنابراین، ساکنان یک ساختمان آپارتمانی در هزینه ها فقط پرداخت برق کاملی را که توسط تامین کننده به خانه عرضه می شود، می بینند. همین قاعده در مورد تعاونی های مسکن نیز صدق می کند.

موارد خاص حسابداری توان راکتیو

مواردی وجود دارد که هم سازمان های تجاری و هم آپارتمان ها در یک ساختمان چند طبقه وجود دارد. 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 سازمان‌های تجاری کمتر از نیمی از مساحت قابل استفاده در یک ساختمان آپارتمان را اشغال کنند، هزینه انرژی راکتیو هزینه نمی‌شود. اگر از درصد آستانه فراتر رفته باشد، تعهداتی برای پرداخت هزینه برق راکتیو وجود دارد.

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، برق راکتیو به طور جداگانه و فقط برای این تجهیزات شارژ می شود. صاحبان آپارتمان هنوز فقط 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.