Aktif, toplam ve reaktif güç kavramları. Sayaçta aktif ve reaktif elektrik nedir

Tüketicilerin yükünü güç açısından doğru bir şekilde hesaplamak için bilmeniz gerekir: voltaj alıcıları nelerdir. Aktif, reaktif ve doğrusal yük nedir? Güç Üçgeni. Başlangıç ​​akımı nedir? Bütün bunları sırayla analiz edeceğiz.

Gerilim alıcıları, gerilim kaynaklarına bağlı tüm cihazları içerir. Bunlar şunları içerir: elektrikli fan, elektrikli ocak, çamaşır makinesi, bilgisayar, TV seti, elektrik motoru, elektrikli ev aletleri ve diğer elektrikli tüketiciler.
AC devrelerinde yükler aktif, reaktif ve doğrusal olmayan olarak ayrılır. DC devrelerinde yük türlerine göre bir ayrım yoktur.

Dirençli yük

Isıtma cihazları (ütüler, elektrikli sobalar, akkor lambalar, elektrikli su ısıtıcıları) aktif yüke sahip cihazlar olarak sınıflandırılır. Bu tür cihazlar ısı ve ışık üretir. Endüktans ve kapasitans içermezler. Dirençli bir yük elektriği ışığa ve ısıya dönüştürür.

Reaktif yük kapasitans ve endüktans içerir. Bu parametreler enerjiyi toplayıp şebekeye verebilecek niteliktedir. Örnek olarak bir elektrik motoru, bir elektrikli kıyma makinesi, bir ev aleti (elektrikli süpürge, mutfak robotu) verilebilir. Yani elektrik motoru içeren tüm cihazlar.

Güç Üçgeni

Reaktif yükü anlamak için güç üçgenini düşünün.

burada P, watt cinsinden ölçülen ve faydalı işler yapmak için kullanılan aktif güçtür;

Vars cinsinden ölçülen ve elektromanyetik alan oluşturmak için kullanılan Q - reaktif;

S - elektrik devrelerini hesaplamak için tam güç kullanılır.

Toplam gücü hesaplamak için Pisagor teoremini kullanıyoruz: S 2 \u003d P2 + Q2. Veya şu formülü kullanarak: S \u003d U * I, burada U, yükteki voltaj okumasıdır, I, yüke seri bağlı olan ampermetre okumasıdır. Hesaplamalarda ayrıca güç faktörü - cosφ kullanılır. Reaktif yüklerle ilgili cihazlarda genellikle aktif güç ve cosφ gösterilir. Bu parametrelerle siz de tam güce sahip olabilirsiniz.

Bazen toplam güç aletler üzerinde gösterilir, ancak cosφ gösterilmez. Bu durumda 0,7 katsayısı uygulanır.

Doğrusal olmayan yük

Gerilim ve akımın orantılı olmaması özelliği vardır. Doğrusal olmayan yükler televizyonları, stereoları, masaüstü saatlerini, bilgisayarları ve bunların bileşenlerini içerir. Doğrusal olmamanın kendisi, bu elektronik cihazın anahtarlamalı güç kaynaklarını kullanması gerçeğinden kaynaklanmaktadır. Anahtarlama güç kaynağındaki kapasitörü yeniden şarj etmek için sinüzoidin üst kısmı yeterlidir.

Geri kalan zamanlarda kapasitör ağdan enerji tüketmez. Bu durumda akım darbeli bir kaliteye sahiptir. Bütün bunlar neye yol açıyor? Bu sinüs dalgasının bozulmasına neden olur. Ancak tüm elektronik cihazlar bozuk sinüs dalgasıyla çalışmaz. Bu sorun, şebeke gücünün DC'ye dönüştürüldüğü çift dönüşüm stabilizatörlerinin kullanılmasıyla çözülür. Daha sonra bir sabitten istenilen şekil ve genliğe sahip bir değişkene dönüştürülür.

Başlangıç ​​akımı

Hesaplarken cihazın başlangıç ​​​​akımlarını dikkate almak gerekir. Örneğin, bir ampuldeki akkor filamanın açılma anında direnci, çalışma moduna göre 10 kat daha azdır. Dolayısıyla bu ampulün başlangıç ​​akımı 10 kat daha fazladır. Bir süre sonra bu ampulün verilerine kayıtlı gücü tüketmeye başlayacaktır. Bu nedenle açıldığında büyük ani akımlar nedeniyle yanar.

Elektronik ekipmanlarda, güç kaynağındaki kondansatör şarj edilinceye kadar bir ani akım da oluşur.

Elektrik motorlarında, motor nominal hıza ulaşana kadar başlatma akımı da üretilir.

Isıtma cihazlarında, bobin çalışma sıcaklığına ısıtılıncaya kadar başlatma akımı oluşur.

Salınım hareketlerinin genel teorisinde olduğu gibi, alternatif akım teorisinde de vektör diyagramları çok faydalıdır. Sinüzoidal olarak değişen elektromotor kuvvetin

uzunluğu eşit ve başlangıç ​​konumu apsis ekseniyle çakışan, açısal hızla saat yönünün tersine dönen bir vektörün ordinat ekseni üzerindeki çıkıntısı olarak gösterilebilir.

Endüktanslı bir bobin boyunca sinüzoidal elektromotor kuvvetinin etkisi altında akan akımı vektör diyagramının nasıl temsil edeceğini kendimize soralım.

Pirinç. 341. Endüktif direnç durumu için vektör diyagramı.

Pirinç. 342. Kapasitans durumu için vektör diyagramı.

Bu durumda akımın voltajın dörtte biri kadar gerisinde kaldığını gördük. Çeyrek dönemlik bir gecikme, bir vektör diyagramında akım vektörünün bir gecikmesi ile temsil edilecektir, böylece “endüktif” akım vektörü gerilim vektörüne dik olacak (Şekil 341), onun 90 gerisinde kalacaktır. bu vektör

Alternatif bir akımın bir kapasitörden geçmesiyle ilgileniyorsak, o zaman akım elektromotor kuvvetin dörtte biri kadar ileridedir. Bu, "kapasitif" akımı temsil eden vektörün, gerilim vektörünün önünde olması gerektiği anlamına gelir (Şekil 342). Bu vektörün değeri yukarıda gördüğümüz gibi ilişkiyle belirlenir.

Aktif ohmik direnç durumunda akım, gerilimle aynı fazdadır. Bu, akım vektörünün voltaj vektörü ile aynı yönde olduğu anlamına gelir.Bunun büyüklüğü elbette Ohm yasasına göre belirlenir.

Vektörü gerilim vektörüyle çakışan akıma aktif akım denir. Vektörleri gerilim vektörünün gerisinde kalan veya ona öncülük eden akımlara reaktif akımlar denir. Böyle bir ismin seçimi, alternatif akım devresinin güç tüketimini belirleyen aktif akımlar olduğu, reaktif akımın uyarılmasının (yani voltajın gerisinde kalan veya ona yol açan akım) olduğu gerçeğiyle açıklanmaktadır. periyodun dörtte biri) jeneratör, periyodun her çeyreğinde aynı miktarda enerji tüketir, bu reaktif akımın periyodun sonraki çeyreğinde jeneratöre ne kadar geri verdiğini (bkz. Şekil 337); Sonuç olarak reaktif akımın iş üretmediği ortaya çıkıyor.

Daha genel bir durumda, akım ve gerilim arasındaki faz kayması açıyla (radyan cinsinden) belirlendiğinde, alternatif akımın tam sayı (veya yarım tam sayı) sayıdaki periyotlarda yaptığı iş, şu değerle orantılıdır:

Aslında akımın voltajın bir açıyla gerisinde kalmasına izin verin

Daha sonra dönemin mevcut işi integral tarafından belirlenir.

ve akımın tükettiği ortalama güç, bu işin dönem süresine oranıyla belirlenir:

Akım ve voltajın etkin değerlerini girersek, o zaman

Yani tamamen reaktif akımlarda, elektrik devresi üzerinden jeneratörden yüke iletilen güç ortalama olarak sıfıra eşittir.

Verilen herhangi bir voltaj ve akım değeri için, aralarındaki faz farkı ne kadar küçükse ve buna göre birliğe ne kadar yakınsa, akım tarafından jeneratörden yüke o kadar fazla güç iletilir; bu nedenle devrenin güç faktörü olarak adlandırılır.

Çoğu durumda reaktif akımlara ihtiyaç vardır. Dolayısıyla, örneğin demir nesneleri kaldırmak için tasarlanmış bir elektromıknatısı alternatif akımla beslersek, o zaman ideal durumda tamamen endüktif bir direnci temsil eden elektromıknatıs bobini, şebekeden şebeke voltajını geciktiren reaktif bir akım tüketecektir.

Bununla birlikte, çoğu durumda, özellikle alternatif gerilimleri dönüştürmek için kullanılan transformatörleri beslerken, transformatörün sekonder sargısı yüklendiğinde oluşturulan aktif akım önemlidir (§ 84). Transformatörün çekirdeğinde manyetik alan oluşturmak için gerekli olan reaktif akım, özünde yardımcı bir karakterdir; doğrudan herhangi bir faydalı iş üretmez.

Çoğu zaman olduğu gibi, ağa çok sayıda transformatörün bağlı olduğunu varsayalım. Her biri çekirdeğin manyetik alanını oluşturmak için bilinen bir reaktif akımı tüketir. Bu, kurulumun güç faktörünü önemli ölçüde azaltır.

Bununla birlikte, rezonans olgusunu kullanarak akım vektörünün voltaj vektörüyle çakışmasını sağlamak mümkündür (§ 83). Bunu yapmak için, transformatörlere ek olarak, kapasitans C de ağa dahil edilir ve reaktif akımı, transformatörlerin toplam reaktif akımına eşit olacak şekilde seçilir.

Bu durumda harici devrede yalnızca aktif akım akacak, transformatörlerin reaktif akımları ve kapasitanslar karşılıklı olarak birbirini telafi edecektir. Yalnızca devrede dolaşacaklar: kapasitans - trafo sargıları, besleme ağına ve santralin jeneratörüne girmeden. Besleme hattı ve jeneratör için santral ve çalışma koşulları en uygun olanı olacaktır.

Bu olayın ekonomik önemi büyüktür. Yararsız reaktif akımla yüklenmeyen santral ve iletim hatlarının daha büyük oranda aktif akımlarla yüklenebileceği oldukça açıktır.

Faz gerilime göre değişen ve bu nedenle ortalama olarak herhangi bir iş üretmeyen ve elbette enerji kaybının (ısıtma telleri için) eşlik etmediği bir akım olarak reaktif akım fikrinin dikkate alınması gerekir. alternatif akımı bobinlerden veya kapasitörlerden geçirirken gerçekte meydana gelen süreçlerin idealleştirilmesidir (şematik basitleştirme). Bir bobin veya kondansatörden geçen akımların fazlarının voltajın fazından 90° farklı olduğu sonucu, yalnızca bu akımların geçişi kabloların ısınması ve diğer kayıplarla ilişkili değilse (bkz. önceki paragraf). Ancak Joule-Lenz yasasına göre meydana gelen tellerin ısınmasına bağlı olarak bobinden geçen akım, aynı frekanstaki aktif akımdan (ve yüksek frekansta bobinin direncinden) farklı değildir. cilt etkisinden dolayı sarım önemli olabilir).

Ek olarak, mevcut enerjinin bir kısmı, bobinin çekirdeğindeki (varsa) histerezis kayıpları ve çevredeki iletkenlerdeki, örneğin radyo bobinlerinin yerleştirildiği metal "ekranlarda" Foucault akımları nedeniyle dağılır. Kusurlu izolasyon vb. nedeniyle de akım kaçağı meydana gelebilir. Akım kapasitörlerden geçtiğinde, genellikle bobinlerdekinden daha küçük olan akım enerji kayıpları da gözlenir. Bu durumda, bunlar esas olarak dielektrikin polarizasyon alanının gücünden kaynaklanan zamandaki bir miktar gecikmeden kaynaklanır (bu kısımda,

Moleküler termal hareketin etkisi) ve ayrıca bazen kapasitörün dielektrik kısmında küçük iyonik iletim akımlarının varlığı.

Kayıplar nedeniyle, bir bobin veya kondansatörden geçen akım asla tamamen reaktif değildir, yani gerilime göre faz kayması hiçbir zaman tam olarak eşit değildir, ancak her zaman kayıp iğnesi adı verilen açıdan daha küçük olduğu ortaya çıkar. İdeal bir bobindeki voltajın etkisi altında, genlikli tamamen reaktif bir akımın akması gerekirdi - aslında, bir sonraki paragrafın sonunda gösterildiği gibi (burada türetilen genelleştirilmiş Ohm yasasının bir açıklaması şeklinde), bir akım Bobinden geçen bu gerçek akımın değerindeki kayıplar nedeniyle azalan bir genlikle uyarılır, kayıplar nedeniyle ortaya çıkan aktif akım ve reaktif akımın toplamıdır.

Şekil 2'deki değere düşürülmüş bir genlik ile. 343. Şek. 343

Pirinç. 343. Kayıplar nedeniyle, bobinden geçen akımın genliği bir değere ve reaktif akımın genliği ise kayıp açısının olduğu bir değere düşer.

Benzer ilişkiler ve aynı diyagram kapasitörden geçen akım için de geçerlidir. Aktif akım, fazı gerilimle çakışan bir akım olduğundan, kayıplar nedeniyle harcanan gücün eşit olduğu açıktır. Aynı endüktansa ve bir miktar dirence bağlı ideal bir bobinden oluşan bir devrede aynı güç harcanacaktır. onunla seri (kayıp direnci olarak adlandırılır), eğer bu direnç tam olarak dağılmış güçlerin eşitliği koşulundan belirlenirse:

Yukarıda belirtildiği gibi,

Bu nedenle, öyle görünüyor ki

Aktif akım genliğinin bu değerini kayıp tanjantı için yukarıdaki ifadeye değiştirerek, elektrik devrelerinde kayıpların alternatif akım modu üzerindeki etkisini analiz ederken ana formül olarak kabul edilen bir formüle ulaşırız:

Bu formülün türetilmesi anlamında benzer bir ilişkinin kapasitörlü bir devredeki kayıp tanjant için de geçerli olduğu açıktır.

Radyo mühendisliği hesaplamalarında, elektrik devresinin kalite faktörü olarak adlandırılan kayıp tanjantının tersi sıklıkla kullanılır (bkz. sayfa 460 ve 485):

Büyük indüktörlerdeki kayıplar büyük ölçüde çekirdeğin tasarımına, manyetik özelliklerine ve sargının tasarımına bağlıdır. Uygun tasarımla çekirdekteki ve sargıdaki kayıplar (frekansa eşit derecede bağlı olmayan) mümkün olduğunca eşitlenmelidir.

Foucault akımlarından kaynaklanan kayıpları azaltmak için, çekirdekler ince transformatör demir levhalardan (0,5-0,35 mm kalınlığında) yapılır ve bunları birbirlerinden izole etmek için ince (0,05 mm) bir vernik tabakasıyla kaplanır. Bu tür çekirdeklerdeki kayıplar yaklaşık olarak çekirdeğin kütlesinin kilogramı başınadır. Tellerin boyutu, cilt etkisi nedeniyle dirençlerindeki artış dikkate alınarak seçilir, böylece çalışma sırasında sargıdaki kayıplar çekirdekteki kayıplara yaklaşık olarak eşit olur. Yüksek güçlü transformatörlerin (%3-4 düzeyinde) ve çok yüksek güçlü transformatörlerin (% onda birkaçı düzeyinde) çekirdek ve sargısındaki toplam kayıplar

Küçük laboratuvar tipi transformatörlerdeki ve radyo ekipmanında kullanılan "güç" transformatörlerindeki kayıplar genellikle% 10-12'den az değildir (daha sıklıkla yaklaşık% 30), bobinlerdeki ve ses frekans yükseltici transformatörlerindeki kayıplardır. akımlar 2000-5000 dönüşten oluşur ve endüktansa sahiptir

Radyo frekanslarının rezonans devrelerinin bobinleri, bir Henry'nin binde biri (ve kısa dalgalar için milyonda biri) düzeyinde bir endüktansa sahiptir. Böyle bir endüktans, ferromanyetik çekirdek içermeyen nispeten az sayıda telin dönüşüyle ​​oluşturulur. Bu bağlamda, RF bobinlerindeki kayıplar küçüktür - yaklaşık% 1 (tanjant kayıp açısı - 0,02'den 0,005'e kadar).

Kapasitörlerdeki kayıplar (elektrolitik kapasitörler hariç) genellikle kayıp tanjantına karşılık gelen değeri aşmaz.Elektrolitik kapasitörlerde kayıp tanjantı 0,2'ye ulaşabilir.

En iyi yalıtkanlar arasında (ohm-cm düzeyinde bir dirence sahip olan), kayıp tanjantının en küçük değeri ile ayırt edilir: erimiş kuvars, mika-muskovit, parafin ve polistiren; onlar için

Elektrik iletiminde temel amaç şebekelerin verimliliğinin arttırılmasıdır. Bu nedenle kayıpların azaltılması gerekmektedir. Kayıpların ana nedeni, telafisi elektriğin kalitesini önemli ölçüde artıran reaktif güçtür.

Reaktif güç, kabloların gereksiz ısınmasına neden olur, elektrik trafo merkezleri aşırı yüklenir. Trafo gücü ve kablo bölümleri fazla tahmin edilmeye zorlanır, şebeke voltajı azalır.

Reaktif güç kavramı

Reaktif gücün ne olduğunu bulmak için diğer olası güç türlerini tanımlamak gerekir. Devrede aktif bir yük (direnç) mevcut olduğunda yalnızca aktif güç tüketilir ve bu tamamen enerji dönüşümüne harcanır. Bu, aktif gücün ne olduğunu, yani akımın etkili iş yaptığı gücü formüle edebileceğimiz anlamına gelir.

Doğru akımda, aşağıdaki formüle göre hesaplanan yalnızca aktif güç tüketilir:

Watt (W) cinsinden ölçülür.

Alternatif akımlı elektrik devrelerinde, aktif ve reaktif yük varlığında güç göstergesi iki bileşenden toplanır: aktif ve reaktif güç.

1. Kapasitif (kapasitörler). Gerilime kıyasla akımın faz ilerlemesi ile karakterize edilir;
2. Endüktif (bobinler). Gerilime göre akımın faz gecikmesi ile karakterize edilir.

Dirençli yükün bağlı olduğu bir AC devresini (ısıtıcılar, su ısıtıcıları, filamanlı ampuller) düşünürsek, akım ve voltaj aynı fazda olacaktır ve belirli bir zaman aralığında alınan görünen güç, voltaj ve akım okumalarının çarpılmasıyla hesaplanır. .

Bununla birlikte, devre reaktif bileşenler içerdiğinde, voltaj ve akım okumaları aynı fazda olmayacak, ancak "φ" kaydırma açısı tarafından belirlenen belirli bir miktarda farklılık gösterecektir. Basit bir ifadeyle, reaktif bir yükün tükettiği kadar enerjiyi devreye geri döndürdüğü söylenir. Sonuç olarak aktif güç tüketimi için göstergenin sıfır olacağı ortaya çıktı. Aynı zamanda devreden reaktif bir akım akar ve etkili bir iş yapmaz. Bu nedenle reaktif güç tüketilir.

Reaktif güç, enerjinin AC ekipmanının gerektirdiği elektromanyetik alanların oluşturulmasına izin veren kısmıdır.

Reaktif gücün hesaplanması aşağıdaki formüle göre yapılır:

Q \u003d U x I x sin φ.

Reaktif gücün ölçü birimi VAr'dır (reaktif voltamper).

Aktif güç ifadesi:

P = U x I x çünkü φ.

Sinüzoidal değişken bir akım için aktif, reaktif ve görünür güç ilişkisi, güç üçgeni adı verilen dik açılı bir üçgenin üç tarafıyla geometrik olarak temsil edilir. AC elektrik devreleri iki tür enerji tüketir: aktif güç ve reaktif güç. Ayrıca aktif gücün değeri hiçbir zaman negatif olmaz, reaktif güç ise pozitif (endüktif yükte) veya negatif (kapasitif yükte) olabilir.

Önemli! Güç üçgeninden sistemin verimini arttırmak için reaktif bileşeni azaltmanın her zaman faydalı olduğu görülmektedir.

Görünen güç, aktif ve reaktif güç değerlerinin cebirsel toplamı olarak bulunmaz, P ve Q'nun vektör toplamıdır. Niceliksel değeri, güç göstergelerinin kareleri toplamının karekökü alınarak hesaplanır: aktif ve reaktif. Görünür güç VA (voltamper) veya türevleri olarak ölçülebilir: kVA, mVA.

Görünen gücün hesaplanabilmesi için U ve I sinüzoidal değerleri arasındaki faz farkının bilinmesi gerekir.

Güç faktörü

Geometrik olarak temsil edilen bir vektör resmi kullanarak, kosinüs phi veya güç faktörüne eşit olacak kullanışlı ve toplam güce karşılık gelen üçgenin kenarlarının oranını bulabilirsiniz:

Bu katsayı ağın verimliliğini bulur.

Tüketilen watt sayısı, 1 veya %100 güç faktöründe tüketilen voltamper sayısıyla aynıdır.

Önemli! Tam güç, aktif göstergeye ne kadar yakınsa, cos φ o kadar büyükse veya akım ve voltajın sinüzoidal değerlerinin kayma açısı o kadar küçüktür.

Örneğin, aşağıdaki özelliklere sahip bir bobin varsa:

• P = 80W;
• S = 130 VAr;
• bu durumda RMS olarak S = 152,6 BA;
• cos φ = P/S = 0,52 veya %52

Bobinin 80 watt'lık faydalı iş yapabilmesi için 130 varvars tam güce ihtiyaç duyduğunu söyleyebiliriz.

cos φ düzeltmesi

Cos φ'yi düzeltmek için kapasitif ve endüktif yükte reaktif enerji vektörlerinin antifazda olduğu gerçeği kullanılır. Çoğu yük endüktif olduğundan, bir kapasitans bağlanarak cos φ değerinde bir artış elde edilebilir.

Reaktif enerjinin ana tüketicileri:

1. Transformatörler. Endüktif bağlantılı, manyetik alanlar aracılığıyla akımları ve gerilimleri dönüştüren sargılardır. Bu cihazlar elektriği ileten elektrik şebekelerinin ana unsurudur. Özellikle rölantide ve düşük yükte kayıplar artar. Transformatörler üretimde ve günlük yaşamda yaygın olarak kullanılmaktadır;
2. Metallerin girdap akımları oluşturularak eritildiği indüksiyon fırınları;
3. asenkron motorlar. En büyük reaktif enerji tüketicisi. İçlerindeki tork, statorun alternatif manyetik alanı vasıtasıyla yaratılır;
4. Demiryolu taşımacılığının iletişim ağına güç sağlamak için kullanılan güç redresörleri gibi elektrik dönüştürücüler ve diğerleri.

Kondansatör bankaları, gerilimi öngörülen seviyelerde kontrol etmek için elektrik trafo merkezlerine bağlanır. Yük, gün boyunca sabah ve akşam zirveleriyle birlikte hafta boyunca da değişir, hafta sonu ise azalır, bu da voltaj okumalarını değiştirir. Kapasitörlerin bağlanması ve bağlantısının kesilmesi seviyesini değiştirir. Bu elle ve otomasyon yardımıyla yapılır.

cos φ nasıl ve nerede ölçülür?

Reaktif güç, cos φ'nin özel bir cihazla (bir faz ölçer) değiştirilmesiyle kontrol edilir. Ölçeği, endüktif ve kapasitif sektörlerde sıfırdan bire cos φ niceliksel değerlerle derecelendirilmiştir. Endüktansın olumsuz etkisini tam olarak telafi etmek mümkün olmayacaktır, ancak endüktif bölgede istenen göstergeye - 0,95'e yaklaşmak mümkündür.

Faz sayaçları, cos φ'nin düzenlenmesi yoluyla elektrik şebekesinin çalışma modunu etkileyebilecek kurulumlarla çalışırken kullanılır.

1. Tüketilen enerjinin finansal hesaplamalarında reaktif bileşen de dikkate alındığından, üretimdeki kapasitörlere kapasitesi değişebilen otomatik kompansatörler takılmaktadır. Ağlarda kural olarak statik kapasitörler kullanılır;
2. Uyarıcı akımı değiştirerek senkron jeneratörler için cos φ'yi ayarlarken, manuel çalışma modlarında görsel olarak izlenmesi gerekir;
3. Aşırı uyarılma modunda yüksüz çalışan senkron motorlar olan senkron kompansatörler, endüktif bileşeni telafi eden ağa enerji sağlar. Uyarma akımını düzenlemek için faz ölçerde cos φ okumaları gözlemlenir.

Güç faktörü düzeltmesi, enerji maliyetlerini düşürmeye yönelik en etkili yatırımlardan biridir. Aynı zamanda alınan enerjinin kalitesi de artar.

Video

Elektrik mühendisliğinde birçok tanım arasında aktif, reaktif ve görünür güç gibi kavramlar oldukça sık kullanılmaktadır. Bu parametreler, herhangi bir tüketici açıldığında doğrudan akım ve voltajla ilgilidir. Hesaplamaları gerçekleştirmek için çeşitli formüller kullanılır; bunlardan en önemlisi gerilim ve akımın ürünüdür. Her şeyden önce, doğrudan voltajla ilgilidir. Ancak devrelerde değişken yukarıda belirtildiği gibi çeşitli bileşenlere bölünmüştür. Her birinin hesaplanması da doğru sonuçlar alabileceğiniz formüller kullanılarak gerçekleştirilir.

Aktif, reaktif ve görünen güç formülleri

Ana bileşen aktif güçtür. Elektrik enerjisinin diğer enerji türlerine dönüştürülmesi sürecini karakterize eden bir değerdir. Yani, farklı bir şekilde hız . Elektrik sayacında görüntülenen ve tüketiciler tarafından ödenen bu değerdir. Aktif gücün hesaplanması formüle göre yapılır.: P = U x I x cos.

Elektrikli cihazlar tarafından doğrudan tüketilen ve diğer enerji türlerine (termal, ışık, mekanik vb.) dönüştürülen enerjiyi ifade eden aktifin aksine, reaktif güç bir tür görünmez yardımcıdır. Katılımı ile elektrik motorlarının tükettiği elektromanyetik alanlar yaratılır. Her şeyden önce yükün doğasını belirler ve yalnızca üretilemez, aynı zamanda tüketilebilir. Reaktif güç hesaplamaları formüle göre yapılır.: Q \u003d U x I x sinf.

Görünür güç, aktif ve reaktif bileşenlerden oluşan bir değerdir. Tüketicilere gerekli miktarda elektriği sağlayan ve onları çalışır durumda tutan kişidir. Hesaplamaları için formül kullanılır: S = .

Aktif, reaktif ve görünen güç nasıl bulunur?

Aktif güç, tüketici tarafından bazı yararlı işleri gerçekleştirmek için kaynak tarafından birim zaman başına geri döndürülemez şekilde tüketilen enerjiyi ifade eder. Tüketim sürecinde, daha önce de belirtildiği gibi, diğer enerji türlerine dönüştürülür.

Alternatif akım devresinde aktif gücün değeri, belirli bir süre boyunca ortalama anlık güç olarak tanımlanır. Dolayısıyla bu periyoda ait ortalama değer, bu kısımda aktif direnç devresi olması şartıyla, akım ile gerilim arasındaki faz açısına bağlı olacak ve sıfıra eşit olmayacaktır. Son faktör aktif gücün adını belirler. Elektriğin geri dönülemez bir şekilde diğer enerji biçimlerine dönüştürülmesi aktif direnç yoluyla gerçekleşir.

Elektrik devrelerinin hesaplamalarını yaparken reaktif güç kavramı yaygın olarak kullanılmaktadır. Katılımı ile kaynaklar ve devrenin reaktif elemanları arasında enerji alışverişi gibi süreçler gerçekleşir. Bu parametre, devrenin anlık gücünün değişken bileşeninin sahip olduğu genliğe sayısal olarak eşit olacaktır.

Şekilde gösterilen φ açısının işaretine reaktif gücün belirli bir bağımlılığı vardır. Bu bakımdan olumlu ya da olumsuz bir değeri olacaktır. Olarak ölçülen aktif gücün aksine, reaktif güç var-reaktif volt-amper cinsinden ölçülür. Dallanmış elektrik devrelerinde reaktif gücün nihai değeri, bireysel özellikleri dikkate alınarak devrenin her bir elemanı için aynı güçlerin cebirsel toplamıdır.

Görünür gücün ana bileşeni, önceden belirlenmiş bir akım ve gerilimde mümkün olan maksimum aktif güçtür. Bu durumda akım ve gerilim arasında faz kayması olmadığında cosf 1'e eşittir. Toplam güç aynı zamanda yukarıda sunulan formülden de açıkça görülebileceği gibi reaktif bir bileşeni de içerir. Bu parametrenin ölçü birimi volt-amperdir (VA).

ve biri zamanla sabit, diğeri çift frekanslı titreşen iki miktarın toplamıdır.

Ortalama değer p(t) T dönemi için aktif güç denir ve tamamen denklemin (5.1) ilk terimi ile belirlenir:

Aktif güç Tüketicinin faydalı iş üretmesi için birim zamanda kaynak tarafından geri döndürülemez şekilde tüketilen enerjiyi karakterize eder. Elektrik tüketicileri tarafından tüketilen aktif enerji diğer enerji türlerine dönüştürülür: mekanik, termal, basınçlı hava ve gaz enerjisi vb.

Anlık gücün (1.1) ikinci teriminin (çift frekansta titreşir) T zamanına göre ortalama değeri sıfırdır, yani yaratılması herhangi bir maddi maliyet gerektirmez ve bu nedenle faydalı iş gerçekleştiremez. Ancak varlığı, kaynak ile alıcı arasında tersine çevrilebilir bir enerji alışverişi sürecinin gerçekleştiğini gösterir. Bu, elektromanyetik enerjiyi (kapasitans ve endüktans) biriktirip serbest bırakabilen elemanlar varsa mümkündür. Bu bileşen reaktif gücü karakterize eder.

tam güç alıcının terminallerinde karmaşık bir biçimde aşağıdaki gibi gösterilebilir:

Görünen güç ünitesi S = UI - VA.

Reaktif güç- kaynak ile alıcı arasındaki enerji dalgalanmaları (değişimi) nedeniyle elektrikli cihazlarda oluşturulan yükleri karakterize eden bir değer. Sinüzoidal bir akım için etkin akım değerlerinin çarpımına eşittir. BEN ve stres sen aralarındaki faz kayma açısının sinüsüyle: Q = kullanıcı arayüzü günah. Ölçü birimi – VAR.

Reaktif güç, EP'nin yararlı çalışmasıyla ilgili değildir ve yalnızca elektrik motorlarında, transformatörlerde, cihazlarda, hatlarda vb. değişken elektromanyetik alanların oluşturulması için harcanır.

Reaktif güç için üretim, tüketim, iletim, kayıplar, denge gibi kavramlar kabul edilmektedir. Akımın voltajla aynı fazda olması durumunda (yükün endüktif doğası), o zaman reaktif gücün tüketildiğine ve pozitif bir işarete sahip olduğuna ve akımın voltajı (yükün kapasitif doğası) yönlendirmesi durumunda reaktif gücün tüketildiğine inanılmaktadır. oluşturulur ve negatif bir değere sahiptir.

Endüstriyel işletmelerde reaktif gücün ana tüketicileri asenkron motorlar (toplam tüketimin %60-65'i), transformatörler (%20-25), valf dönüştürücüler, reaktörler, havai elektrik ağları ve diğer alıcılardır (%10).

Reaktif gücün aktarımı, elektrik ağlarını ve içinde kurulu ekipmanı yükleyerek bunların verimini azaltır. Reaktif güç, enerji santrallerinin senkron jeneratörleri, senkron kompansatörler, senkron motorlar (uyarma akımı kontrolü), kapasitör bankları (BC) ve güç hatları tarafından üretilir.

Şebeke kapasitesi tarafından üretilen reaktif güç aşağıdaki büyüklük sırasına göredir: 20 kV'luk bir havai hat, üç fazlı bir hattın 1 km'si başına 1 kvar üretir; yer altı kablosu 20 kV - 20 kvar/km; havai hat 220 kV - 150 kvar/km; yer altı kablosu 220 kV - 3 MVAr/km.

Güç faktörü ve reaktif güç faktörü.

Ağın durumunu karakterize eden büyüklüklerin vektör temsili, reaktif gücün temsiline yol açar Q aktif güç vektörüne dik vektör R(Şekil 5.2). Vektör toplamları toplam gücü verir S.

Pirinç. 5.1. Güç Üçgeni

Şek. 5.1 ve (5.2) bundan S 2 \u003d P2 + Q2; tgφ = Q/P; cosφ = P/S.

Reaktif gücü karakterize eden ana standart gösterge daha önce güç faktörü cosφ idi. Bir sanayi kuruluşunun beslediği girdilerde bu katsayının ağırlıklı ortalama değerinin 0,92-0,95 aralığında olması gerekirdi. Ancak oran seçimi P/S normatif olarak reaktif gücün gerçek değerindeki değişikliklerin dinamikleri hakkında net bir fikir vermez. Örneğin güç faktörü 0,95'ten 0,94'e değiştiğinde reaktif güç %10 değişiyor, aynı faktör 0,99'dan 0,98'e değiştiğinde ise reaktif güç artışı zaten %42 oluyor. Hesaplamalarda tgφ = bağıntısı ile işlem yapmak daha uygundur. Soru-Cevap buna reaktif güç faktörü denir.

Bağlantı kapasitesi 150 kW'ın üzerinde olan işletmeler ("yerli" tüketiciler hariç) belirlenir. reaktif güç faktörü limitleri elektrik şebekesinin günlük yüksek yüklerinin olduğu saatlerde tüketilir - 7 ila 23 saat arası (Rusya Federasyonu Sanayi ve Enerji Bakanlığı'nın 22 Şubat 2007 tarih ve 49 sayılı Emri “Değerlerin hesaplanmasına ilişkin prosedür hakkında ​​​Elektrik enerjisinin iletimi için hizmetlerin sağlanmasına ilişkin sözleşmelerde tarafların yükümlülüklerini belirlemek için kullanılan, elektrik enerjisi tüketicilerinin bireysel güç alıcı cihazları için aktif ve reaktif güç tüketiminin oranı”).

Reaktif güç faktörü limitleri (tgφ) tüketiciyi ağa bağlama noktasının (voltaj) konumuna bağlı olarak normalleştirilir. 100 kV'luk bir şebeke voltajı için tgφ = 0,5; 35, 20, 6 kV ağlar için - tgφ = 0,4 ve 0,4 kV ağ için - tgφ = 0,35.

Reaktif güç kompanzasyonuna ilişkin yeni direktif belgelerinin uygulamaya konulması, güç sistemi jeneratörlerinden güç alıcılarına kadar tüm güç kaynağı sisteminin verimliliğini artırmayı amaçlıyordu.

Reaktif güç faktörünün kullanılmaya başlanmasıyla aktif güç kayıplarının aktif veya reaktif güç cinsinden temsil edilmesi mümkün hale geldi: R= (P 2 /U 2) R(l + tan 2 φ).

Güç vektörleri arasındaki açı R Ve S aktif akım bileşeninin vektörleri arasındaki φ açısına karşılık gelir BEN a ve tam akım BEN bu da aktif akımın vektör toplamıdır BEN a, gerilim ve reaktif akımla aynı fazdadır BEN p 90°'lik bir açıyla. Akımların bu şekilde düzenlenmesi, doğal kabul edilebilecek aktif ve reaktif güce ayrıştırmayla ilişkili bir tasarım tekniğidir.

Çoğu tüketici, manyetik alanı değiştirerek çalıştıkları için reaktif güce ihtiyaç duyarlar. Normal çalışmadaki en yaygın motorlar için aşağıdaki yaklaşık tgφ değerleri verilebilir.

Motorları çalıştırma anında, tgφ = 4-5 (cosφ = 0,2-0,24) iken önemli miktarda reaktif güce ihtiyaç duyulur.

Senkron makineler, uyarılma derecesine bağlı olarak reaktif güç tüketme veya verme yeteneğine sahiptir.

Senkron jeneratörlerde ve motorlarda, uyarma devrelerinin boyutları, reaktif güç sağlama olasılığını tgφ = 0,75 (cosφ = 0,8) maksimum değerlere veya tgφ = 0,5'e (cosφ = 0,9) kadar sınırlar (Tablo 5.1).

Yerli sanayi tarafından üretilen senkron motorlar, önde gelen güç faktörüne (cosφ = 0,9) ve nominal aktif yüke göre tasarlanmıştır. P nominal ve voltaj sen anma, anma reaktif güç üretebilir Q nom ≈ 0,5 P isim.

SM aktif güç açısından yetersiz yüklendiğinde β = P/P isim< 1 возможна перегрузка по реактивной мощности α = Q/Q isim > 1.

Reaktif güç kompanzasyonu için kullanılan SM'nin CB'ye kıyasla avantajı, üretilen reaktif gücün düzgün şekilde düzenlenmesi olasılığıdır. Dezavantajı ise SM için reaktif güç üretimindeki aktif kayıpların CB'den daha büyük olmasıdır.

SM sargısında, cosφ dahilinde üretilen reaktif gücün neden olduğu ek aktif kayıplar, eşit nominal SM aktif gücünde 1'den 0,9'a değişir. P isim, kW:

R isim = Q 2 numara R /sen 2 nolu,

Nerede Q SM'nin nominal reaktif gücü, kV Ar; R- LED sargısının bir fazının ısıtılmış durumdaki direnci, Ohm; sen ağın nominal voltajı, kV.

Endüstriyel işletmelerin güç kaynağı sistemlerinde CB'ler, yük eğrilerinin temel (ana) bölümünün reaktif gücünü telafi eder ve SD, grafiğin yük tepe noktalarını azaltır.

Tablo 5.1

Aşırı yük faktörünün senkron motorların reaktif gücüne bağımlılığı bu

Senkron kompansatörler.

Çeşitli SD, şaft üzerinde yük olmayan SD olan senkron kompansatörlerdir (SC). Şu anda 5000 kV'Ar'ın üzerinde kapasiteye sahip SC üretiliyor. Endüstriyel işletme ağlarında sınırlı kullanımları vardır. Keskin değişken şok yüküne sahip yüksek güçlü elektrik devrelerinde voltajın kalitesini artırmak için (ark fırınları, haddehaneler vb.), SC'ler kullanılır.

Statik tristör dengeleme cihazları.

6-10 kV voltajda keskin değişken şok yüküne sahip ağlarda, kapasitör bankalarının değil, bu tür EP'lerin yakınına kurulması gereken özel yüksek hızlı reaktif güç kaynaklarının (RRP) kullanılması tavsiye edilir. IRM şeması Şek. 5.2. Ayarlanabilir endüktans olarak endüktansları kullanır LR ve düzenlenmemiş konteynerler İLE 1-İLE 3.

Pirinç. 5.2. Hızlı Reaktif Güç Kaynakları

Endüktans regülasyonu tristör grupları tarafından gerçekleştirilir VS kontrol elektrotları kontrol devresine bağlı olan. Statik RPM'nin avantajları, dönen parçaların olmaması, ağa sağlanan reaktif gücün göreceli düzgünlüğü, üç ve dört kat reaktif güç aşırı yüklenmesi olasılığıdır. Dezavantajları arasında reaktif gücün derinlemesine düzenlenmesiyle ortaya çıkabilecek daha yüksek harmoniklerin ortaya çıkması yer alır.

Reaktif güç tüketimi nedeniyle şebekede meydana gelen ilave güç kayıpları nedeniyle toplam elektrik tüketimi artar. Bu nedenle reaktif güç akışlarının azaltılması elektrik şebekelerinin işletimindeki ana görevlerden biridir.