مفاهیم توان اکتیو، کل و راکتیو. الکتریسیته فعال و راکتیو روی کنتور چیست

برای محاسبه صحیح بار مصرف کنندگان از نظر قدرت، باید بدانید: گیرنده های ولتاژ چیست. بار فعال، راکتیو و خطی چیست؟ مثلث قدرت. جریان شروع چیست؟ همه اینها را به ترتیب تحلیل خواهیم کرد.

گیرنده های ولتاژ شامل تمام دستگاه هایی است که به منابع ولتاژ متصل هستند. اینها عبارتند از: فن برقی، اجاق گاز برقی، ماشین لباسشویی، کامپیوتر، تلویزیون، موتور الکتریکی، ابزار برق خانگی و سایر مصرف کنندگان برق.
در مدارهای AC، بارها به فعال، راکتیو و غیر خطی تقسیم می شوند. در مدارهای DC تقسیم بندی به انواع بارها وجود ندارد.

بار مقاومتی

وسایل گرمایشی (اتوها، اجاق‌های برقی، لامپ‌های رشته‌ای، کتری‌های برقی) جزو وسایل با بار فعال طبقه‌بندی می‌شوند. چنین وسایلی گرما و نور تولید می کنند. آنها حاوی اندوکتانس و ظرفیت خازنی نیستند. یک بار مقاومتی الکتریسیته را به نور و گرما تبدیل می کند.

یک بار راکتیو حاوی ظرفیت خازنی و اندوکتانس است. این پارامترها دارای کیفیتی هستند که انرژی را جمع آوری کرده و سپس آن را به شبکه می دهند. به عنوان مثال یک موتور الکتریکی، یک چرخ گوشت برقی، یک ابزار خانگی (جاروبرقی، غذاساز). یعنی تمام وسایلی که دارای موتور الکتریکی هستند.

مثلث قدرت

برای درک بار راکتیو، مثلث توان را در نظر بگیرید.

که در آن P توان فعال است که در وات اندازه گیری می شود و برای انجام کارهای مفید استفاده می شود.

Q - واکنشی است که در Vars اندازه گیری می شود و برای ایجاد میدان الکترومغناطیسی استفاده می شود.

S - برای محاسبه مدارهای الکتریکی از توان کامل استفاده می شود.

برای محاسبه توان کل، از قضیه فیثاغورث استفاده می کنیم: S 2 \u003d P 2 + Q 2. یا با استفاده از فرمول: S \u003d U * I، جایی که U قرائت ولتاژ در بار است، I قرائت آمپرمتر است که به صورت سری به بار متصل می شود. محاسبات همچنین از ضریب توان - cosφ استفاده می کنند. در دستگاه هایی که به بارهای راکتیو مربوط می شوند، معمولاً توان اکتیو و cosφ نشان داده می شوند. با این پارامترها می توانید قدرت کامل را نیز دریافت کنید.

گاهی اوقات توان کل روی ابزارها نشان داده می شود، اما cosφ نشان داده نمی شود. در این حالت ضریب 0.7 اعمال می شود.

بار غیر خطی

این ویژگی این است که ولتاژ و جریان متناسب نیستند. بارهای غیر خطی شامل تلویزیون، استریو، ساعت رومیزی، کامپیوتر و اجزای آنها می شود. غیر خطی بودن خود به این دلیل است که این دستگاه الکترونیکی از منابع تغذیه سوئیچینگ استفاده می کند. برای شارژ مجدد خازن که در منبع تغذیه سوئیچینگ قرار دارد، قسمت بالای سینوسی کافی است.

در بقیه زمان ها خازن انرژی شبکه را مصرف نمی کند. در این حالت جریان دارای کیفیت پالسی است. همه اینها به چه چیزی منجر می شود؟ این باعث می شود که موج سینوسی مخدوش شود. اما همه دستگاه های الکترونیکی با موج سینوسی تحریف شده کار نمی کنند. این مشکل با استفاده از تثبیت کننده های تبدیل دوگانه، که در آن برق اصلی به DC تبدیل می شود، حل می شود. سپس از یک ثابت به متغیری با شکل و دامنه مورد نظر تبدیل می شود.

جریان شروع

هنگام محاسبه، لازم است جریان های راه اندازی دستگاه را در نظر بگیرید. به عنوان مثال، مقاومت یک رشته رشته ای در یک لامپ در لحظه روشن شدن 10 برابر کمتر از حالت کار است. بنابراین جریان راه اندازی این لامپ 10 برابر بیشتر است. پس از مدتی شروع به مصرف برقی می کند که در داده های این لامپ ثبت شده است. بنابراین، هنگام روشن شدن، به دلیل جریان های هجومی زیاد می سوزد.

در تجهیزات الکترونیکی تا زمانی که خازن موجود در منبع تغذیه شارژ نشود، جریان هجومی نیز تشکیل می شود.

در موتورهای الکتریکی، جریان راه اندازی نیز تا زمانی که موتور سرعت نامی را بگیرد، تولید می شود.

در دستگاه های گرمایش، جریان راه اندازی تا زمانی که سیم پیچ تا دمای کار گرم شود تشکیل می شود.

همانند تئوری کلی حرکات نوسانی، نمودارهای برداری در تئوری جریان های متناوب کاربرد زیادی دارند. واضح است که نیروی الکتروموتور سینوسی در حال تغییر است

را می توان به عنوان یک برآمدگی بر روی محور ترتیبی یک بردار در حال چرخش در خلاف جهت عقربه های ساعت با سرعت زاویه ای ترسیم کرد که طول آن برابر است و موقعیت اولیه آن در لحظه با محور آبسیسا منطبق است.

بیایید از خود بپرسیم نمودار برداری چگونه جریانی را نشان می دهد که تحت تأثیر نیروی حرکتی سینوسی از یک سیم پیچ با یک اندوکتانس عبور می کند.

برنج. 341. نمودار برداری برای مورد مقاومت القایی.

برنج. 342. نمودار برداری برای حالت ظرفیت.

ما دیدیم که جریان در این مورد یک چهارم یک دوره از ولتاژ عقب است. تاخیر یک چهارم دوره در یک نمودار برداری با تاخیر بردار جریان نشان داده می شود، به طوری که بردار جریان "القایی" عمود بر بردار ولتاژ خواهد بود (شکل 341) و 90 از آن عقب می ماند. این بردار

اگر با عبور جریان متناوب از خازن سر و کار داریم، آنگاه جریان یک چهارم پریود از نیروی الکتروموتور جلوتر است. این بدان معنی است که بردار نشان دهنده جریان "خازنی" باید جلوتر از بردار ولتاژ روشن باشد (شکل 342). مقدار این بردار، همانطور که در بالا دیدیم، توسط رابطه تعیین می شود

در مورد مقاومت اهمی فعال، جریان در فاز با ولتاژ است. این بدان معناست که بردار جریان در جهت بردار ولتاژ منطبق است و البته مقدار آن با قانون اهم تعیین می شود.

جریانی که بردار آن با بردار ولتاژ منطبق باشد جریان فعال نامیده می شود. جریان هایی که بردارهای آن از بردار ولتاژ عقب مانده یا آن را هدایت می کنند، جریان راکتیو نامیده می شوند. انتخاب چنین نامی با این واقعیت توضیح داده می شود که این جریان های فعال هستند که مصرف برق مدار جریان متناوب را تعیین می کنند، در حالی که تحریک جریان راکتیو (یعنی جریانی که از ولتاژ عقب می ماند یا آن را با یک ولتاژ هدایت می کند. یک چهارم دوره) ژنراتور در طول هر سه ماهه دوره زمانی انرژی مشابهی مصرف می کند، این جریان راکتیو چقدر در سه ماهه بعدی دوره به ژنراتور باز می گردد (شکل 337 را ببینید). در نتیجه معلوم می شود که جریان راکتیو کار تولید نمی کند.

در یک حالت کلی تر، زمانی که تغییر فاز بین جریان و ولتاژ با زاویه (بر حسب رادیان) تعیین می شود، کار انجام شده توسط جریان متناوب در یک عدد صحیح (یا نیم عدد صحیح) از دوره ها متناسب با

در واقع، اجازه دهید جریان یک زاویه از ولتاژ عقب بماند

سپس کار جاری برای دوره توسط انتگرال تعیین می شود

و میانگین توان مصرف شده توسط جریان با نسبت این کار به مدت دوره تعیین می شود:

اگر مقادیر موثر جریان و ولتاژ را معرفی کنیم، پس

به عنوان مثال، با جریان های کاملا راکتیو، توان انتقال یافته از طریق مدار الکتریکی از ژنراتور به بار به طور متوسط ​​برابر با صفر است.

برای هر مقدار معین ولتاژ و جریان، هرچه اختلاف فاز بین آنها کمتر باشد و بر این اساس، هر چه به وحدت نزدیکتر باشد، قدرت بیشتری توسط جریان از ژنراتور به بار منتقل می شود. بنابراین ضریب توان مدار نامیده می شود.

در بسیاری از موارد، جریان های راکتیو مورد نیاز است. بنابراین، اگر یک آهنربای الکتریکی را با جریان متناوب تغذیه کنیم، مثلاً برای بلند کردن اجسام آهنی طراحی شده است، سیم پیچ الکترومغناطیس، که در حالت ایده آل یک مقاومت القایی صرف را نشان می دهد، یک جریان راکتیو از شبکه مصرف می کند که ولتاژ شبکه را تا حد زیادی کاهش می دهد.

با این حال، در بیشتر موارد، به ویژه هنگام تامین ترانسفورماتورهایی که برای تبدیل ولتاژهای متناوب استفاده می شوند، جریان فعال مهم است که هنگام بارگیری سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور ایجاد می شود (§ 84). جریان راکتیو که برای ایجاد میدان مغناطیسی در هسته ترانسفورماتور ضروری است، در اصل یک کاراکتر کمکی است. مستقیماً هیچ کار مفیدی تولید نمی کند.

فرض کنید تعداد زیادی ترانسفورماتور به شبکه متصل هستند، همانطور که اغلب اتفاق می افتد. هر یک از آنها جریان راکتیو شناخته شده ای را برای ایجاد میدان مغناطیسی هسته مصرف می کند. این به طور قابل توجهی ضریب توان نصب را کاهش می دهد.

با این حال، می توان با استفاده از پدیده تشدید (§ 83) به انطباق بردار جریان با بردار ولتاژ دست یافت. برای این کار علاوه بر ترانسفورماتورها، ظرفیت C نیز در شبکه گنجانده شده و آن را طوری انتخاب می کنیم که جریان راکتیو آن برابر با کل جریان راکتیو ترانسفورماتورها باشد.

سپس فقط جریان فعال در مدار خارجی جریان می یابد، در حالی که جریان های راکتیو ترانسفورماتورها و خازن ها متقابلا یکدیگر را جبران می کنند. آنها فقط در مدار گردش می کنند: ظرفیت - سیم پیچ ترانسفورماتور، بدون ورود به شبکه تامین و ژنراتور نیروگاه. برای خط تامین و برای ژنراتور، نیروگاه و شرایط کاری آنها مطلوب ترین خواهد بود.

این رویداد از اهمیت اقتصادی قابل توجهی برخوردار است. کاملاً واضح است که نیروگاه ها و خطوط انتقالی که با جریان راکتیو بی فایده بارگذاری نمی شوند، می توانند تا حد زیادی با جریان های فعال بارگذاری شوند.

لازم به ذکر است که ایده جریان راکتیو به عنوان جریانی که فاز آن نسبت به ولتاژ جابجا می شود و بنابراین به طور متوسط ​​هیچ اثری ایجاد نمی کند و با اتلاف انرژی (برای سیم های گرمایشی) همراه نیست. ایده آل سازی (ساده سازی شماتیک) فرآیندهایی است که در واقعیت هنگام عبور جریان متناوب از سیم پیچ ها یا خازن ها اتفاق می افتد. این نتیجه گیری که فازهای جریان های عبوری از سیم پیچ یا خازن با فاز ولتاژ 90 درجه متفاوت است، تنها در صورتی دقیق خواهد بود که عبور این جریان ها با گرم شدن سیم ها و سایر تلفات مرتبط نباشد (همانطور که در بند قبلی). اما جریان عبوری از سیم پیچ نسبت به گرمایش سیم ها که طبق قانون ژول لنز اتفاق می افتد، با جریان فعال همان فرکانس (و در فرکانس بالا، مقاومت سیم پیچ) تفاوتی ندارد. سیم پیچی به دلیل اثر پوستی می تواند قابل توجه باشد).

علاوه بر این، بخشی از انرژی جریان به دلیل تلفات هیسترزیس در هسته سیم پیچ (در صورت وجود) و جریان های فوکو در هادی های اطراف، به عنوان مثال، در "صفحه نمایش" فلزی که در آن سیم پیچ های رادیویی قرار می گیرند، تلف می شود. نشتی جریان نیز ممکن است به دلیل عایق ناقص و غیره رخ دهد. تلفات انرژی فعلی، اما معمولاً کمتر از سیم پیچ ها، هنگام عبور جریان از خازن ها نیز مشاهده می شود. در این مورد، آنها عمدتاً به دلیل تأخیر زمانی ناشی از قدرت میدان قطبش دی الکتریک (در آن قسمت از آن که تحت تأثیر

تأثیر حرکت حرارتی مولکولی)، و همچنین گاهی اوقات وجود جریان های هدایت یونی کوچک در دی الکتریک خازن.

به دلیل تلفات، جریان عبوری از سیم پیچ یا خازن هرگز کاملاً راکتیو نیست، یعنی تغییر فاز آن نسبت به ولتاژ هرگز دقیقاً برابر نیست، بلکه همیشه کمتر از زاویه ای است که سوزن تلفات نامیده می شود. تحت عمل ولتاژ در یک سیم پیچ ایده آل، یک جریان کاملا راکتیو با دامنه باید جریان داشته باشد - در واقع، همانطور که در پایان پاراگراف بعدی نشان داده شده است (به شکل توضیحی از قانون تعمیم یافته اهم که در آنجا مشتق شده است)، یک جریان برانگیخته شده است با دامنه ای که به دلیل تلفات کاهش یافته است به مقدار این جریان واقعی از طریق سیم پیچ، مجموع جریان فعال و جریان راکتیو است که در اثر تلفات ایجاد شده است.

با دامنه کاهش یافته به مقداری که از شکل. 343. مطابق شکل. 343

برنج. 343. با توجه به تلفات، دامنه جریان از طریق سیم پیچ به یک مقدار کاهش می یابد و دامنه جریان راکتیو - به مقداری که زاویه از دست دادن است.

روابط مشابه و همان نمودار برای جریان عبوری از خازن نیز معتبر است. از آنجایی که جریان اکتیو جریانی است که فاز آن با ولتاژ منطبق است، بدیهی است که توان تلف شده در اثر تلفات برابر است با همین توان در مداری متشکل از یک سیم پیچ ایده آل با اندوکتانس یکسان و مقداری مقاومت متصل می شود. سری با آن (مقاومت از دست دادن نامیده می شود)، اگر این مقاومت دقیقاً از شرط برابری توان های تلف شده تعیین شود:

همانطور که اشاره شد،

بنابراین، معلوم می شود که

با جایگزینی این مقدار دامنه جریان فعال در عبارت فوق برای مماس تلفات، به فرمولی می رسیم که هنگام تجزیه و تحلیل اثر تلفات بر حالت جریان متناوب در مدارهای الکتریکی، فرمولی اصلی در نظر گرفته می شود:

با معنای اشتقاق این فرمول، واضح است که رابطه مشابهی برای مماس تلفات در مدار با خازن نیز معتبر است.

در محاسبات مهندسی رادیو، اغلب از متقابل مماس تلفات استفاده می شود که به آن ضریب کیفیت مدار الکتریکی می گویند (به صفحات 460 و 485 مراجعه کنید):

تلفات در سلف های بزرگ به شدت به طراحی و خواص مغناطیسی هسته و طراحی سیم پیچ بستگی دارد. با طراحی مناسب، تلفات در هسته و سیم پیچ (که به یک اندازه به فرکانس وابسته نیستند) باید تا حد امکان یکسان شوند.

برای کاهش تلفات ناشی از جریان فوکو، هسته ها از ورقه های نازک آهن ترانسفورماتور (0.5-0.35 میلی متر ضخامت) ساخته می شوند که با یک لایه نازک (0.05 میلی متر) از لاک پوشانده می شوند تا آنها را از یکدیگر جدا کند. تلفات در چنین هسته هایی در حدود هر کیلوگرم از جرم هسته است. اندازه سیم ها با در نظر گرفتن افزایش مقاومت آنها به دلیل اثر پوستی انتخاب می شود، به طوری که در حین کار، تلفات سیم پیچ تقریباً برابر با تلفات هسته است. مجموع تلفات در هسته و سیم پیچ ترانسفورماتورهای با توان بالا (در حد 3-4٪ و در ترانسفورماتورهای با توان بسیار بالا (در حد چند دهم درصد

تلفات در ترانسفورماتورهای کوچک آزمایشگاهی و ترانسفورماتورهای "قدرت" مورد استفاده در تجهیزات رادیویی معمولاً کمتر از 10-12٪ (اغلب حدود 30٪) نیست، تلفات در چوک ها و ترانسفورماتورهای تقویت کننده فرکانس صوتی است. سیم پیچی ترانسفورماتورها برای فرکانس صوتی. جریان از 2000 تا 5000 دور تشکیل شده و دارای اندوکتانس است

سیم پیچ های مدارهای تشدید فرکانس های رادیویی دارای اندوکتانسی از مرتبه هزارم (و برای امواج کوتاه، میلیونم) هنری هستند. چنین اندوکتانسی با تعداد نسبتاً کمی پیچ سیم بدون هسته فرومغناطیسی ایجاد می شود. از این نظر، تلفات در سیم پیچ های RF کوچک است - حدود 1٪ (مماس زاویه افت - از 0.02 تا 0.005).

تلفات خازن ها (به استثنای خازن های الکترولیتی) معمولاً از مقدار مماس تلفات تجاوز نمی کند.در خازن های الکترولیتی مماس تلفات می تواند به 0.2 برسد.

در میان بهترین عایق ها (دارای مقاومتی در حد اهم سانتی متر) با کمترین مقدار مماس از دست دادن متمایز می شوند: کوارتز ذوب شده، میکا-مسکوویت، پارافین و پلی استایرن. برای آنها

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.

1. خازنی (خازن). با افزایش فاز جریان در مقایسه با ولتاژ مشخص می شود.
2. 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 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:

1. 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.
2. کوره های القایی که در آنها فلزات با ایجاد جریان های گردابی در آنها ذوب می شوند.
3. موتورهای آسنکرون بزرگترین مصرف کننده انرژی راکتیو. گشتاور در آنها با استفاده از میدان مغناطیسی متناوب استاتور ایجاد می شود.
4. 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 ناحیه 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.

1. 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 ممکن است متفاوت باشد. در شبکه ها، به عنوان یک قاعده، از خازن های استاتیک استفاده می شود.
2. 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.
3. 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.

ویدیو

در مهندسی برق، در میان تعاریف متعدد، مفاهیمی مانند توان فعال، راکتیو و توان ظاهری اغلب مورد استفاده قرار می گیرند. این پارامترها به طور مستقیم با جریان و ولتاژ، زمانی که هر مصرف کننده روشن است، مرتبط است. 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 مستقیم است. با این حال، در مدارها، متغیر به چندین جزء تقسیم می شود که در بالا ذکر شد. محاسبه هر یک از آنها نیز با استفاده از فرمول ها انجام می شود که به لطف آن می توانید نتایج دقیقی دریافت کنید.

فرمول های توان اکتیو، راکتیو و ظاهری

جزء اصلی توان اکتیو است. این مقداری است که فرآیند تبدیل انرژی الکتریکی به انواع دیگر انرژی را مشخص می کند. یعنی به شکل دیگری سرعتی است که با آن . این مقدار است که بر روی کنتور برق نمایش داده می شود و توسط مصرف کنندگان پرداخت می شود. محاسبه توان فعال طبق فرمول انجام می شود: P = U x I x cos.

برخلاف اکتیو 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 کمک کننده نامرئی است. با مشارکت آن، میدان های الکترومغناطیسی مصرف شده توسط موتورهای الکتریکی ایجاد 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 ظاهری مقداری است که از اجزای فعال و راکتیو تشکیل شده است. این اوست که مقدار لازم برق 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 صورت برگشت ناپذیر توسط 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. بنابراین، مقدار متوسط ​​برای این دوره به زاویه فاز بین جریان و ولتاژ بستگی دارد و به شرط وجود مدار مقاومت فعال در این بخش، برابر با صفر نخواهد بود. آخرین عامل نام توان فعال را تعیین می کند. از طریق مقاومت فعال است که الکتریسیته به شکل غیرقابل برگشتی به اشکال 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 انجام می شود. 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 ظاهری حداکثر توان فعال ممکن در جریان و ولتاژ از پیش تعیین شده 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.

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: انرژی مکانیکی، حرارتی، هوای فشرده و انرژی 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 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 ظاهری 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 است با حاصل ضرب مقادیر جریان موثر 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)، آنگاه توان راکتیو مصرف می‌شود. 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 آن را بارگذاری می کند و توان عملیاتی 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 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 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. 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 راکتیومصرف شده در ساعات بارهای روزانه زیاد شبکه برق - از 7 تا 23 ساعت (دستور وزارت صنعت و انرژی فدراسیون روسیه مورخ 22 فوریه 2007 شماره 49 "در مورد روش محاسبه مقادیر نسبت مصرف توان اکتیو 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 مجموع برداری جریان فعال است 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.

در ژنراتورها و موتورهای سنکرون، ابعاد 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 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 ها توان راکتیو قسمت اصلی (اصلی) منحنی های بار را جبران می کنند 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 به شدت 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.