Содержание

Соотношение активной и реактивной мощности. Активная мощность цепи переменного тока

Чтобы правильно рассчитать нагрузку потребителей по мощности необходимо знать: какие бывают приемники напряжения. Что такое активная, реактивная и линейная нагрузка? Треугольник мощностей. Что такое пусковой ток? Все это разберем по порядку.

К приемникам напряжения относятся все устройства, которые подключаются к источникам напряжения. К ним относятся: электровентилятор, электроплита, стиральная машина, компьютер, телевизор, электродвигатель, бытовой электроинструмент и другие электропотребители.
В цепях переменного тока нагрузки разделяются на активные, реактивные и нелинейные. В цепях постоянного тока деления на типы нагрузок нет.

Активная нагрузка

К устройствам с активной нагрузкой причисляются нагревательные приборы (утюги, электроплиты, лампы накаливания, электрические чайники). Подобные приборы вырабатывают тепло и свет. Они не содержат индуктивности и емкости. Активная нагрузка преобразовывает электроэнергию в свет и тепло.

Реактивная нагрузка содержит емкость и индуктивность. Данные параметры имеют качество собирать энергию, а потом отдавать ее в сеть. Примером может служить электродвигатель, электрическая мясорубка, бытовой инструмент (пылесос, кухонный комбайн). То есть, все устройства, которые содержат электродвигатели.

Треугольник мощностей

Чтобы разобраться с реактивной нагрузкой рассмотрим треугольник мощностей.

где Р – активная мощность, которая измеряется в Ватах и используется для совершения полезной работы;

Q – реактивная, которая измеряется в Варах и используется для создания электромагнитного поля;

S – полная мощность используется для расчета электрических цепей.

Для расчета полной мощности применяем теорему Пифагора: S 2 =P 2 +Q 2 . Или с помощью формулы: S=U*I, где U – это показание напряжения на нагрузке, I — показание амперметра, которое включается последовательно с нагрузкой.

В расчетах также используется коэффициент мощности – cosφ. На приборах, которые относятся к реактивной нагрузке, обычно указаны активная мощность и cosφ. С помощью этих параметров также можно получить полную мощность.

Иногда на приборах указывается полная мощность, а cosφ не указан. В этом случае применяется коэффициент 0,7.

Нелинейная нагрузка

Имеет особенность в том, что напряжение и ток не пропорциональны. К нелинейной нагрузке относятся телевизоры, музыкальные центры, настольные электронные часы, компьютеры и его компоненты. Сама нелинейность обусловлена тем, что данное электронное устройство использует импульсные блоки питания. Для подзарядки конденсатора, которые стоят в импульсном блоке питания, достаточно вершины синусоиды.

В остальное время энергию из сети конденсатор не потребляет. В этом случае ток имеет импульсное качество. К чему это все приводит? Это приводит к тому, что синусоида искажается. Но не все электронные устройства работают с искаженной синусоидой.

Эта проблема решается за счет применения стабилизаторов двойного преобразования, где сетевое питание преобразуется в постоянное. Затем из постоянного преобразуется в переменное нужной формы и амплитуды.

Пусковой ток

При расчете необходимо учитывать и пусковые токи устройства. Например, сопротивление нити накаливания в лампочке в момент включения в 10 раз меньше, чем в рабочем режиме. Следовательно, пусковой ток этой лампочки в 10 раз больше. Через некоторое время она начнет потреблять ту мощность, которая записана в данных этой лампочки. Поэтому, при включении она перегорает за счет больших пусковых токов.

В радиоэлектронной аппаратуре пока не зарядится конденсатор в блоке питания, также образуется пусковой ток.

В электродвигателях тоже образуется пусковой ток, пока двигатель не наберет номинальные обороты.

В нагревательных приборах пусковой ток образуется, пока спираль не нагреется до дежурной температуры.

Содержание:

В электротехнике среди множества определений довольно часто используются такие понятия, как активная, реактивная и полная мощность. Эти параметры напрямую связаны с током и напряжением , когда включены какие-либо потребители. Для проведения вычислений применяются различные формулы, среди которых основной является произведение напряжения и силы тока. Прежде всего это касается постоянного напряжения. Однако в цепях переменного разделяется на несколько составляющих, отмеченных выше. Вычисление каждой из них также осуществляется с помощью формул, благодаря которым можно получить точные результаты.

Формулы активной, реактивной и полной мощности

Основной составляющей считается активная мощность. Она представляет собой величину, характеризующую процесс преобразования электрической энергии в другие виды энергии. То есть по-другому является скоростью, с какой . Именно это значение отображается на электросчетчике и оплачивается потребителями.

Вычисление активной мощности выполняется по формуле : P = U x I x cosф.

В отличие от активной, которая относится к той энергии, которая непосредственно потребляется электроприборами и преобразуется в другие виды энергии – тепловую, световую, механическую и т. д., реактивная мощность является своеобразным невидимым помощником. С ее участием создаются электромагнитные поля, потребляемые электродвигателями. Прежде всего она определяет характер нагрузки, и может не только генерироваться, но и потребляться. Расчеты реактивной мощности производятся по формуле : Q = U x I x sinф.

Полной мощностью является величина, состоящая из активной и реактивной составляющих. Именно она обеспечивает потребителям необходимое количество электроэнергии и поддерживает их в рабочем состоянии. Для ее расчетов применяется формула: S

= .

Как найти активную, реактивную и полную мощность

Активная мощность относится к энергии, которая необратимо расходуется источником за единицу времени для выполнения потребителем какой-либо полезной работы. В процессе потребления, как уже было отмечено, она преобразуется в другие виды энергии.

В цепи переменного тока значение активной мощности определяется, как средний показатель мгновенной мощности за установленный период времени. Следовательно, среднее значение за этот период будет зависеть от угла сдвига фаз между током и напряжением и не будет равной нулю, при условии присутствия на данном участке цепи активного сопротивления. Последний фактор и определяет название активной мощности. Именно через активное сопротивление электроэнергия необратимо преобразуется в другие виды энергии.

При выполнении расчетов электрических цепей широко используется понятие реактивной мощности. С ее участием происходят такие процессы, как обмен энергией между источниками и реактивными элементами цепи. Данный параметр численно будет равен амплитуде, которой обладает переменная составляющая мгновенной мощности цепи.

Существует определенная зависимость реактивной мощности от знака угла ф, отображенного на рисунке. В связи с этим, она будет иметь положительное или отрицательное значение. В отличие от активной мощности, измеряемой в , реактивная мощность измеряется в вар – вольт-амперах реактивных. Итоговое значение реактивной мощности в разветвленных электрических цепях представляет собой алгебраическую сумму таких же мощностей у каждого элемента цепи с учетом их индивидуальных характеристик.

Основной составляющей полной мощности является максимально возможная активная мощность при заранее известных токе и напряжении. При этом, cosф равен 1, когда отсутствует сдвиг фаз между током и напряжением. В состав полной мощности входит и реактивная составляющая, что хорошо видно из формулы, представленной выше. Единицей измерения данного параметра служит вольт-ампер (ВА).

Специфика сети переменного тока приводит к тому, что в фиксированный момент времени синусоиды напряжения и тока на приемнике совпадают только в случае так называемой активной нагрузки, полностью переводящей ток в тепло или механическую работу. Практически это всевозможные электронагревательные приборы, лампы накаливания, в каком-то приближении электродвигатели и электромагниты под нагрузкой и звуковоспроизводящая аппаратура. Ситуация полностью меняется, если нагрузка, не создающая механической работы, обладает большой индуктивностью при малом сопротивлении. Это характерный случай электродвигателя или трансформатора на холостом ходу.

Подключение подобного потребителя к источнику постоянного тока привело бы к , здесь же ничего особенного с сетью не случится, но мгновенный ток будет отставать от мгновенного напряжения примерно на четверть периода. В случае же чисто емкостной нагрузки (если в розетку вставить конденсатор), ток на нем будет, наоборот, на ту же четверть периода опережать напряжение.

Реактивные токи

Практически такое несовпадение тока и напряжения, не производя на приемнике полезной работы, создает в проводах дополнительные, или, как принято их называть, реактивные токи, которые в особо неблагоприятных случаях могут привести к разрушительным последствиям. При меньшей величине это явление все равно требует расходовать излишний металл на более толстую проводку, повышать мощность питающих генераторов и трансформаторов электроэнергии. Поэтому экономически оправдано устранять в сети реактивную мощность всеми возможными способами. При этом следует учитывать суммарную реактивную мощность всей сети, при том, что отдельные элементы могут обладать значительными значениями реактивной мощности.

Реактивная электроэнергия

С количественной стороны влияние реактивной электроэнергии на работу сети оценивается косинусом угла потерь, который равен отношению активной мощности к полной. Полная мощность считается как векторная величина, которая зависит от сдвига фаз между током и напряжением на всех элементах сети. В отличие от активной мощности, которую, как и механическую измеряют в ваттах, полную мощность измеряют в вольт-амперах, так как эта величина присутствует только в электрической цепи. Таким образом, чем ближе косинус угла потерь к единице, тем полнее используется и мощность, вырабатываемая генератором.

Основные пути снижения реактивной мощности – взаимная компенсация сдвигов фаз, создаваемых индуктивными и емкостными приемниками и использование приемников с малым углом потерь.

Мощностные характеристики установки или сети являются основными для большинства известных электрических приборов. Активная мощность (проходящая, потребляема) характеризует часть полной мощности, которая передается за определенный период частоты переменного тока.

Определение

Активная и реактивная мощность может быть только у переменного тока, т. к. характеристики сети (силы тока и напряжения) у постоянного всегда равны. Единица измерений активной мощности Ватт, в то время, как реактивной – реактивный вольтампер и килоВАР (кВАР). Стоит отметить, что как полная, так и активная характеристики могут измеряться в кВт и кВА, это зависит от параметров конкретного устройства и сети. В промышленных цепях чаще всего измеряется в килоВаттах.

Электротехника используется активную составляющую в качестве измерения передачи энергии отдельными электрическими приборами. Рассмотрим, сколько мощности потребляют некоторые из них:

Исходя из всего, сказанного выше, активная мощность – это положительная характеристика конкретной электрической цепи, которая является одним из основных параметров для выбора электрических приборов и контроля расхода электричества.


Обозначение реактивной составляющей:

Это номинальная величина, которая характеризует нагрузки в электрических устройствах при помощи колебаний ЭМП и потери при работе прибора. Иными словами, передаваемая энергия переходит на определенный реактивный преобразователь (это конденсатор, диодный мост и т. д.) и проявляется только в том случае, если система включает в себя эту составляющую.

Расчет

Для выяснения показателя активной мощности, необходимо знать полную мощность, для её вычисления используется следующая формула:

S = U \ I, где U – это напряжение сети, а I – это сила тока сети.

Этот же расчет выполняется при вычислении уровня передачи энергии катушки при симметричном подключении. Схема имеет следующий вид:

Расчет активной мощности учитывает угол сдвига фаз или коэффициент (cos φ), тогда:

S = U * I * cos φ.

Очень важным фактором является то, что эта электрическая величина может быть как положительной, так и отрицательной. Это зависит от того, какие характеристики имеет cos φ. Если у синусоидального тока угол сдвига фаз находится в пределах от 0 до 90 градусов, то активная мощность положительная, если от 0 до -90 – то отрицательная. Правило действительно только для синхронного (синусоидального) тока (применяемого для работы асинхронного двигателя, станочного оборудования).

Также одной из характерных особенностей этой характеристики является то, что в трехфазной цепи (к примеру, трансформатора или генератора), на выходе активный показатель полностью вырабатывается.


Максимальная и активная обозначается P, реактивная мощность – Q.

Из-за того, что реактивная обуславливается движением и энергией магнитного поля, её формула (с учетом угла сдвига фаз) имеет следующий вид:

Q L = U L I = I 2 x L

Для несинусоидального тока очень сложно подобрать стандартные параметры сети. Для определения нужных характеристик с целью вычисления активной и реактивной мощности используются различные измерительные устройства. Это вольтметр, амперметр и прочие. Исходя от уровня нагрузки, подбирается нужная формула.

Из-за того, что реактивная и активная характеристики связаны с полной мощностью, их соотношение (баланс) имеет следующий вид:

S = √P 2 + Q 2 , и все это равняется U*I .

Но если ток проходит непосредственно по реактивному сопротивлению. То потерь в сети не возникает. Это обуславливает индуктивная индуктивная составляющая – С и сопротивление – L. Эти показатели рассчитываются по формулам:

Сопротивление индуктивности: x L = ωL = 2πfL,

Сопротивление емкости: хc = 1/(ωC) = 1/(2πfC).

Для определения соотношения активной и реактивной мощности используется специальный коэффициент. Это очень важный параметр, по которому можно определить, какая часть энергии используется не по назначению или «теряется» при работе устройства.

При наличии в сети активной реактивной составляющей обязательно должен рассчитываться коэффициент мощности. Эта величина не имеет единиц измерения, она характеризует конкретного потребителя тока, если электрическая система содержит реактивные элементы. С помощью этого показателя становится понятным, в каком направлении и как сдвигается энергия относительно напряжения сети. Для этого понадобится диаграмма треугольников напряжений:

К примеру, при наличии конденсатора формула коэффициента имеет следующий вид:

cos φ = r/z = P/S

Для получения максимально точных результатов рекомендуется не округлять полученные данные.

Компенсация

Учитывая, что при резонансе токов реактивная мощность равняется 0:

Q = QL – QC = ULI – UCI

Для того чтобы улучшить качество работы определенного устройства применяются специальные приборы, минимизирующие воздействие потерь на сеть. В частности, это ИБП. В данном приборе не нуждаются электрические потребители со встроенным аккумулятором (к примеру, ноутбуки или портативные устройства), но для большинства остальных источник бесперебойного питания является необходимым.

При установке такого источника можно не только установить негативные последствия потерь, но и уменьшить траты на оплату электричества. Специалисты доказали, что в среднем, ИБП поможет экономить от 20 % до 50 %. Почему это происходит :

  • Провода меньше нагреваются, это не только положительно влияет на их работу, но и повышает безопасность;
  • У сигнальных и радиоустройств уменьшаются помехи;
  • На порядок уменьшаются гармоники в электрической сети.
  • В некоторых случаях специалисты используют не полноценные ИБП, а специальные компенсирующие конденсаторы. Они подходят для бытового использования, доступны и продаются в каждом электротехническом магазине. Для расчета планируемой и полученной экономии можно использовать все вышеперечисленные формулы.

    Активная мощность (P)

    Другими словами активную мощность можно назвать: фактическая, настоящая, полезная, реальная мощность. В цепи постоянного тока мощность, питающая нагрузку постоянного тока, определяется как простое произведение напряжения на нагрузке и протекающего тока, то есть

    потому что в цепи постоянного тока нет понятия фазового угла между током и напряжением. Другими словами, в цепи постоянного тока нет никакого коэффициента мощности.

    Но при синусоидальных сигналах, то есть в цепях переменного тока, ситуация сложнее из-за наличия разности фаз между током и напряжением. Поэтому среднее значение мощности (активная мощность), которая в действительности питает нагрузку, определяется как:

    В цепи переменного тока, если она чисто активная (резистивная), формула для мощности та же самая, что и для постоянного тока: P = U I.

    Формулы для активной мощности

    P = U I – в цепях постоянного тока

    P = U I cosθ – в однофазных цепях переменного тока

    P = √3 U L I L cosθ – в трёхфазных цепях переменного тока

    P = 3 U Ph I Ph cosθ

    P = √ (S 2 – Q 2) или

    P =√ (ВА 2 – вар 2) или

    Активная мощность = √ (Полная мощность 2 – Реактивная мощность 2) или

    кВт = √ (кВА 2 – квар 2)

    Реактивная мощность (Q)

    Также её мощно было бы назвать бесполезной или безваттной мощностью.

    Мощность, которая постоянно перетекает туда и обратно между источником и нагрузкой, известна как реактивная (Q).

    Реактивной называется мощность, которая потребляется и затем возвращается нагрузкой из-за её реактивных свойств. Единицей измерения активной мощности является ватт, 1 Вт = 1 В х 1 А. Энергия реактивной мощности сначала накапливается, а затем высвобождается в виде магнитного поля или электрического поля в случае, соответственно, индуктивности или конденсатора.

    Реактивная мощность определяется, как

    и может быть положительной (+Ue) для индуктивной нагрузки и отрицательной (-Ue) для емкостной нагрузки.

    Единицей измерения реактивной мощности является вольт-ампер реактивный (вар): 1 вар = 1 В х 1 А. Проще говоря, единица реактивной мощности определяет величину магнитного или электрического поля, произведённого 1 В х 1 А.

    Формулы для реактивной мощности

    Реактивная мощность = √ (Полная мощность 2 – Активная мощность 2)

    вар =√ (ВА 2 – P 2)

    квар = √ (кВА 2 – кВт 2)

    Полная мощность (S)

    Полная мощность – это произведение напряжения и тока при игнорировании фазового угла между ними. Вся мощность в сети переменного тока (рассеиваемая и поглощаемая/возвращаемая) является полной.

    Комбинация реактивной и активной мощностей называется полной мощностью. Произведение действующего значения напряжения на действующее значение тока в цепи переменного тока называется полной мощностью.

    Она является произведением значений напряжения и тока без учёта фазового угла. Единицей измерения полной мощности (S) является ВА, 1 ВА = 1 В х 1 А. Если цепь чисто активная, полная мощность равна активной мощности, а в индуктивной или ёмкостной схеме (при наличии реактивного сопротивления) полная мощность больше активной мощности.

    Формула для полной мощности

    Полная мощность = √ (Активная мощность 2 + Реактивная мощность 2)

    kUA = √(kW 2 + kUAR 2)

    Следует заметить, что:

    • резистор потребляет активную мощность и отдаёт её в форме тепла и света.
    • индуктивность потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме магнитного поля.
    • конденсатор потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме электрического поля.

    Что такое реактивная мощность? Компенсация реактивной мощности. Расчет реактивной мощности. Активная и реактивная энергия

    Мощностные характеристики установки или сети являются основными для большинства известных электрических приборов. Активная мощность (проходящая, потребляема) характеризует часть полной мощности, которая передается за определенный период частоты переменного тока.

    Определение

    Активная и реактивная мощность может быть только у переменного тока, т. к. характеристики сети (силы тока и напряжения) у постоянного всегда равны. Единица измерений активной мощности Ватт, в то время, как реактивной – реактивный вольтампер и килоВАР (кВАР). Стоит отметить, что как полная, так и активная характеристики могут измеряться в кВт и кВА, это зависит от параметров конкретного устройства и сети. В промышленных цепях чаще всего измеряется в килоВаттах.

    Электротехника используется активную составляющую в качестве измерения передачи энергии отдельными электрическими приборами. Рассмотрим, сколько мощности потребляют некоторые из них:

    Исходя из всего, сказанного выше, активная мощность – это положительная характеристика конкретной электрической цепи, которая является одним из основных параметров для выбора электрических приборов и контроля расхода электричества.


    Обозначение реактивной составляющей:

    Это номинальная величина, которая характеризует нагрузки в электрических устройствах при помощи колебаний ЭМП и потери при работе прибора. Иными словами, передаваемая энергия переходит на определенный реактивный преобразователь (это конденсатор, диодный мост и т. д.) и проявляется только в том случае, если система включает в себя эту составляющую.

    Расчет

    Для выяснения показателя активной мощности, необходимо знать полную мощность, для её вычисления используется следующая формула:

    S = U \ I, где U – это напряжение сети, а I – это сила тока сети.

    Этот же расчет выполняется при вычислении уровня передачи энергии катушки при симметричном подключении. Схема имеет следующий вид:

    Расчет активной мощности учитывает угол сдвига фаз или коэффициент (cos φ), тогда:

    S = U * I * cos φ.

    Очень важным фактором является то, что эта электрическая величина может быть как положительной, так и отрицательной. Это зависит от того, какие характеристики имеет cos φ. Если у синусоидального тока угол сдвига фаз находится в пределах от 0 до 90 градусов, то активная мощность положительная, если от 0 до -90 – то отрицательная. Правило действительно только для синхронного (синусоидального) тока (применяемого для работы асинхронного двигателя, станочного оборудования).

    Также одной из характерных особенностей этой характеристики является то, что в трехфазной цепи (к примеру, трансформатора или генератора), на выходе активный показатель полностью вырабатывается.


    Максимальная и активная обозначается P, реактивная мощность – Q.

    Из-за того, что реактивная обуславливается движением и энергией магнитного поля, её формула (с учетом угла сдвига фаз) имеет следующий вид:

    Q L = U L I = I 2 x L

    Для несинусоидального тока очень сложно подобрать стандартные параметры сети. Для определения нужных характеристик с целью вычисления активной и реактивной мощности используются различные измерительные устройства. Это вольтметр, амперметр и прочие. Исходя от уровня нагрузки, подбирается нужная формула.

    Из-за того, что реактивная и активная характеристики связаны с полной мощностью, их соотношение (баланс) имеет следующий вид:

    S = √P 2 + Q 2 , и все это равняется U*I .

    Но если ток проходит непосредственно по реактивному сопротивлению. То потерь в сети не возникает. Это обуславливает индуктивная индуктивная составляющая – С и сопротивление – L. Эти показатели рассчитываются по формулам:

    Сопротивление индуктивности: x L = ωL = 2πfL,

    Сопротивление емкости: хc = 1/(ωC) = 1/(2πfC).

    Для определения соотношения активной и реактивной мощности используется специальный коэффициент. Это очень важный параметр, по которому можно определить, какая часть энергии используется не по назначению или «теряется» при работе устройства.

    При наличии в сети активной реактивной составляющей обязательно должен рассчитываться коэффициент мощности. Эта величина не имеет единиц измерения, она характеризует конкретного потребителя тока, если электрическая система содержит реактивные элементы. С помощью этого показателя становится понятным, в каком направлении и как сдвигается энергия относительно напряжения сети. Для этого понадобится диаграмма треугольников напряжений:

    К примеру, при наличии конденсатора формула коэффициента имеет следующий вид:

    cos φ = r/z = P/S

    Для получения максимально точных результатов рекомендуется не округлять полученные данные.

    Компенсация

    Учитывая, что при резонансе токов реактивная мощность равняется 0:

    Q = QL – QC = ULI – UCI

    Для того чтобы улучшить качество работы определенного устройства применяются специальные приборы, минимизирующие воздействие потерь на сеть. В частности, это ИБП. В данном приборе не нуждаются электрические потребители со встроенным аккумулятором (к примеру, ноутбуки или портативные устройства), но для большинства остальных источник бесперебойного питания является необходимым.

    При установке такого источника можно не только установить негативные последствия потерь, но и уменьшить траты на оплату электричества. Специалисты доказали, что в среднем, ИБП поможет экономить от 20 % до 50 %. Почему это происходит :

  • Провода меньше нагреваются, это не только положительно влияет на их работу, но и повышает безопасность;
  • У сигнальных и радиоустройств уменьшаются помехи;
  • На порядок уменьшаются гармоники в электрической сети.
  • В некоторых случаях специалисты используют не полноценные ИБП, а специальные компенсирующие конденсаторы. Они подходят для бытового использования, доступны и продаются в каждом электротехническом магазине. Для расчета планируемой и полученной экономии можно использовать все вышеперечисленные формулы.

    Активная мощность (P)

    Другими словами активную мощность можно назвать: фактическая, настоящая, полезная, реальная мощность. В цепи постоянного тока мощность, питающая нагрузку постоянного тока, определяется как простое произведение напряжения на нагрузке и протекающего тока, то есть

    потому что в цепи постоянного тока нет понятия фазового угла между током и напряжением. Другими словами, в цепи постоянного тока нет никакого коэффициента мощности.

    Но при синусоидальных сигналах, то есть в цепях переменного тока, ситуация сложнее из-за наличия разности фаз между током и напряжением. Поэтому среднее значение мощности (активная мощность), которая в действительности питает нагрузку, определяется как:

    В цепи переменного тока, если она чисто активная (резистивная), формула для мощности та же самая, что и для постоянного тока: P = U I.

    Формулы для активной мощности

    P = U I – в цепях постоянного тока

    P = U I cosθ – в однофазных цепях переменного тока

    P = √3 U L I L cosθ – в трёхфазных цепях переменного тока

    P = 3 U Ph I Ph cosθ

    P = √ (S 2 – Q 2) или

    P =√ (ВА 2 – вар 2) или

    Активная мощность = √ (Полная мощность 2 – Реактивная мощность 2) или

    кВт = √ (кВА 2 – квар 2)

    Реактивная мощность (Q)

    Также её мощно было бы назвать бесполезной или безваттной мощностью.

    Мощность, которая постоянно перетекает туда и обратно между источником и нагрузкой, известна как реактивная (Q).

    Реактивной называется мощность, которая потребляется и затем возвращается нагрузкой из-за её реактивных свойств. Единицей измерения активной мощности является ватт, 1 Вт = 1 В х 1 А. Энергия реактивной мощности сначала накапливается, а затем высвобождается в виде магнитного поля или электрического поля в случае, соответственно, индуктивности или конденсатора.

    Реактивная мощность определяется, как

    и может быть положительной (+Ue) для индуктивной нагрузки и отрицательной (-Ue) для емкостной нагрузки.

    Единицей измерения реактивной мощности является вольт-ампер реактивный (вар): 1 вар = 1 В х 1 А. Проще говоря, единица реактивной мощности определяет величину магнитного или электрического поля, произведённого 1 В х 1 А.

    Формулы для реактивной мощности

    Реактивная мощность = √ (Полная мощность 2 – Активная мощность 2)

    вар =√ (ВА 2 – P 2)

    квар = √ (кВА 2 – кВт 2)

    Полная мощность (S)

    Полная мощность – это произведение напряжения и тока при игнорировании фазового угла между ними. Вся мощность в сети переменного тока (рассеиваемая и поглощаемая/возвращаемая) является полной.

    Комбинация реактивной и активной мощностей называется полной мощностью. Произведение действующего значения напряжения на действующее значение тока в цепи переменного тока называется полной мощностью.

    Она является произведением значений напряжения и тока без учёта фазового угла. Единицей измерения полной мощности (S) является ВА, 1 ВА = 1 В х 1 А. Если цепь чисто активная, полная мощность равна активной мощности, а в индуктивной или ёмкостной схеме (при наличии реактивного сопротивления) полная мощность больше активной мощности.

    Формула для полной мощности

    Полная мощность = √ (Активная мощность 2 + Реактивная мощность 2)

    kUA = √(kW 2 + kUAR 2)

    Следует заметить, что:

    • резистор потребляет активную мощность и отдаёт её в форме тепла и света.
    • индуктивность потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме магнитного поля.
    • конденсатор потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме электрического поля.

    Мгновенная мощность p произвольного участка цепи, напряжение и ток которого изменяются по законуu =U m sin(t ), i = I m sin(t– ), имеет вид

    p = ui= U m sin(t )I m sin(t– ) = U m I m /2 =

    = U i cos – UI cos(2t – ) = (UI cos – UI cos cos2t ) – UI sin sin2t . (1)

    Активная мощность цепи переменного тока P определяется как среднее значение мгновенной мощностиp (t ) за период:

    так как среднее за период значение гармонической функции равно 0.

    Из этого следует, что средняя за период мощность зависит от угла сдвига фаз между напряжением и током и не равна нулю, если участок цепи имеет активное сопротивление. Последнее объясняет ее название активная мощность . Подчеркнем еще раз, что в активном сопротивлении происходит необратимое преобразование электрической энергии в другие виды энергии, например в тепловую. Активная мощность может быть определена как средняя за период скорость поступления энергии в участок цепи. Активная мощность измеряется в ваттах (Вт).

    Реактивная мощность

    При расчетах электрических цепей находит широкое применение так называемая реактивная мощность. Она характеризует процессы обмена энергией между реактивными элементами цепи и источниками энергии и численно равна амплитуде переменной составляющей мгновенной мощности цепи. В соответствии с этим реактивная мощность может быть определена из (1) как

    Q = UI sin.

    В зависимости от знака угла реактивная мощность может быть положительной или отрицательной. Единицу реактивной мощности, чтобы отличить ее от единицы активной, называют не ватт, а вольт-ампер реактивныйвар. Реактивные мощности индуктивного и емкостного элементов равны амплитудам их мгновенных мощностейp L иp C . С учетом сопротивленийэтих элементов реактивные мощности катушки индуктивности и конденсатора равныQ L =UI =x L I 2 иQ C =UI = x C I 2 , соответственно.

    Результирующая реактивная мощность разветвленной электрической цепи находится как алгебраическая сумма реактивных мощностей элементов цепи с учетом их характера (индуктивный или емкостный): Q =Q L –Q С. ЗдесьQ L есть суммарная реактивная мощность всех индуктивных элементов цепи, аQ С представляет собой суммарную реактивную мощность всех емкостных элементов цепи.

    Полная мощность

    Кроме активной и реактивной мощностей цепь синусоидального тока характеризуется полной мощностью, обозначаемой буквой S . Под полной мощностью участка понимают максимально возможную активную мощность при заданных напряженииU и токеI . Очевидно, что максимальная активная мощность получается при cos= 1, т. е. при отсутствии сдвига фаз между напряжением и током:

    S = UI.

    Необходимость во введении этой мощности объясняется тем, что при конструировании электрических устройств, аппаратов, сетей и т. п. их рассчитывают на определенное номинальное напряжение U ном и определенный номинальный токI ном и их произведениеU ном I ном = S ном дает максимально возможную мощность данного устройства (полная мощность S ном указывается в паспорте большинства электрических устройств переменного тока.). Для отличия полной мощности от других мощностей ее единицу измерения называют вольт-ампер и сокращенно обозначают ВА. Полная мощность численно равна амплитуде переменной составляющей мгновенной мощности.

    Из приведенных соотношений можно найти связь между различными мощностями:

    P = S cos, Q = S sin, S = UI =

    и выразить угол сдвига фаз через активную и реактивную мощности:

    .

    Рассмотрим простой прием, который позволяет найти активную и реактивную мощности участка цепи по комплексным напряжению и току. Он заключается в том, что нужно взять произведение комплексного напряжения и тока, комплексно сопряженного току рассматриваемого участка цепи. Операция комплексного сопряжения состоит в смене знака на противоположный перед мнимой частью комплексного числа либо в смене знака фазы комплексного числа, если число представлено в экспоненциальной форме записи. В результате получим величину, которая называетсяполной комплексной мощностью и обозначается. Если
    , то для полной комплексной мощности получаем:

    Отсюда видно, что активная и реактивная мощности представляют собой вещественную и мнимую части полной комплексной мощности, соответственно. Для облегчения запоминания всех формул, связанных с мощностями, на рис. 7, б (с. 38) построен треугольник мощностей.

    “Справочник” – информация по различным электронным компонентам : транзисторам , микросхемам , трансформаторам , конденсаторам , светодиодам и т.д. Информация содержит все, необходимые для подбора компонентов и проведения инженерных расчетов, параметры, а также цоколевку корпусов, типовые схемы включения и рекомендации по использованию радиоэлементов .

    С одной стороны, работу тока можно легко посчитать, зная силу тока, напряжение и сопротивление нагрузки. До боли знакомые формулы из курса школьной физики выглядят так.

    Рис. 1. Формулы

    И здесь нет ни слова про реактивную составляющую.

    С другой стороны, ряд физических процессов на самом деле накладывают свои особенности на эти расчёты. Речь идёт о реактивной энергии. Проблемы с пониманием реактивных процессов приходят вместе со счетами за электроэнергию в крупных предприятиях, ведь в бытовых сетях мы платим только за активную энергию (размеры потребления реактивной энергии настолько малы, что ими просто пренебрегают).

    Определения

    Чтобы понять суть физических процессов начнём с определений.

    Активная электроэнергия – это полностью преобразуемая энергия, поступающая в цепь от источника питания. Преобразование может происходить в тепло или в другой вид энергии, но суть остаётся одна – принятая энергия не возвращается обратно в источник.

    Пример работы активной энергии: ток, проходя через элемент сопротивления, часть энергии преобразует в нагрев. Эта совершённая работа тока и является активной.

    Реактивная электроэнергия – это энергия, возвращаемая обратно источнику тока. То есть ранее полученный и учтённый счётчиком ток, не совершив работы, возвращается. Помимо прочего ток совершает скачок (на короткое время нагрузка сильно возрастает).

    Тут без примеров сложно понять процесс.

    Самый наглядный – работа конденсатора. Сам по себе конденсатор не преобразует электроэнергию в полезную работу, он её накапливает и отдаёт. Конечно, если часть энергии всё-таки уходит на нагрев элемента, то её можно считать активной. Реактивная же выглядит так:

    1.При питании ёмкости переменным напряжением, вместе с увеличением U растёт и заряд конденсатора.

    2.В момент начала падения напряжения (второй четвертьпериод на синусоиде) напряжение на конденсаторе оказывается выше, чем у источника. И поэтому конденсатор начинает разряжаться, отдавая энергию обратно в цепь питания (ток течёт в обратном направлении).

    3.В следующих двух четвертьпериодах ситуация полностью повторяется, то только напряжение меняется на противоположное.

    Ввиду того, что сам конденсатор работы не совершает, принимаемое напряжение достигает своего максимального амплитудного значения (то есть в √2=1,414 раза больше действующего 220В, или 220·1,414=311В).

    При работе с индуктивными элементами (катушки, трансформаторы, электродвигатели и т.п.) ситуация аналогична. График показателей можно увидеть на изображении ниже.

    Рис. 2. Графики показателей

    Ввиду того, что современные бытовые приборы состоят из множества разных элементов с “реактивным” эффектом питания и без него, то реактивный ток, протекая в обратном направлении, совершает вполне реальную работу по нагреву активных элементов. Таким образом, реактивная мощность цепи – по сути выражается в побочных потерях и скачках напряжения.

    Очень сложно отделить один показатель мощности от другого при расчётах. А система качественного и эффективного учёта стоит дорого, что, собственно, и привело к отказу от измерения объёма потребления реактивных токов в быту.

    В крупных коммерческих объектах наоборот, объем потребления реактивной энергии намного больше (из-за обилия силовой техники, снабжаемой мощными электродвигателями, трансформаторами и другими элементами, порождающими реактивный ток), поэтому для них вводится раздельный учёт.

    Как считается активная и реактивная электроэнергия

    Большинство производителей счётчиков электроэнергии для предприятий реализуют простой алгоритм.

    Q=(S 2 – P 2) 1/2

    Здесь из полной мощности S отнимается активная мощность P (в облегчённом для понимания виде).

    Таким образом, производителю не обязательно организовывать полностью раздельный учёт.

    Что такое cosϕ (косинус фи)

    Для числового выражения соотношения активной и реактивной мощностей применяется специальный коэффициент – косинус фи.

    Вычисляется он по формуле.

    cosϕ = P акт /P полн

    Где полная мощность – это сумма активной и реактивной.

    Такой же коэффициент указывается на шильдиках электроинструмента, оснащённого двигателями. В этом случае cosϕ используется для оценки пиковой потребляемой мощности. Например, номинальная мощность прибора составляет 600 Вт, а cosϕ = 0,7 (средний показатель для подавляющего большинства электроинструмента), тогда пиковая мощность, необходимая для старта электродвигателя будет считаться как Pномин / cosϕ, = 600 Вт / 0,7 = 857 ВА (реактивная мощность выражается в вольт-амперах).

    Применение компенсаторов реактивной мощности

    Чтобы стимулировать потребителей эксплуатировать электросеть без реактивной нагрузки, поставщики электроэнергии вводят дополнительный оплачиваемый тариф на реактивную мощность, но оплату взимают только если среднемесячное потребление превысит определённый коэффициент, например, при соотношении полной и активной мощностей составит свыше 0,9, счёт на оплату реактивной мощности не выставляется.

    Для того, чтобы снизить расходы, предприятия ставят специальное оборудование – компенсаторы. Они могут быть двух видов (в соответствии с принципом работы):

    • Ёмкостные;
    • Индуктивные.

    Реактивная мощность – часть электрической энергии, возращенная нагрузкой источнику. Явление возникновения ситуации считается вредным.

    Возникновение реактивная мощность

    Допустим, цепь содержит источник питания постоянного тока и идеальную индуктивность. Включение цепи порождает переходный процесс. Напряжение стремится достичь номинального значения, росту активно мешает собственное потокосцепление индуктивности. Каждый виток провода согнут круговой траекторией. Образуемое магнитное поле будет пересекать соседствующий сегмент. Если витки расположены один за другим, характер взаимодействия усилится. Рассмотренное называется собственным потокосцеплением.

    Характер процесса таков: наводимая ЭДС препятствует изменениям поля. Ток пытается стремительно вырасти, потокосцепление тянет обратно. Вместо ступеньки видим сглаженный выступ. Энергия магнитного поля потрачена, чтобы воспрепятствовать процессу создавшему. Случай возникновения реактивной мощности. Фазой отличается от полезной, вредит. Идеально: направление вектора перпендикулярно активной составляющей. Подразумевается, сопротивление провода нулевое (фантастический расклад).

    При выключении цепи процесс повторится обратным порядком. Ток стремится мгновенно упасть до нуля, в магнитном поле запасена энергия. Пропади индуктивность, переход пройдет внезапно, потокосцепление придает процессу иную окраску:

    1. Уменьшение тока вызывает снижение напряженности магнитного поля.
    2. Произведенный эффект наводит противо-ЭДС витков.
    3. В результате после отключения источника питания ток продолжает существовать, понемногу затухая.

    Графики напряжения, тока, мощности

    Реактивная мощность некое звено инерции, постоянно запаздывающее, мешающее. Первый вопрос: зачем тогда нужны индуктивности? О, у них хватает полезных качеств. Польза заставляет мириться с реактивной мощностью. Распространенным положительным эффектом назовем работу электрических двигателей. Передача энергии идет через магнитный поток. Меж витками одной катушки, как было показано выше. Взаимодействию подвержены постоянный магнит, дроссель, все, способное захватить вектором индукции.

    Случаи нельзя назвать в смысле описательном всеобъемлющими. Иногда применяется поток сцепления в виде, показанном для примера. Принцип используют пускорегулирующие аппараты газоразрядных ламп. Дроссель снабжен несметным количеством витков: отключение напряжения вызывает не плавное снижение тока, но выброс большой амплитуды противоположной полярности. Индуктивность велика: отклик поистине потрясающий. Превышает исходные 230 вольт на порядок. Достаточно, чтобы возникла искра, лампочка зажглась.

    Реактивная мощность и конденсаторы

    Реактивная мощность запасается энергией магнитного поля индуктивностями. А конденсатор? Выступает источником возникновения реактивной составляющей. Дополним обзор теорией сложения векторов. Поймет рядовой читатель. В физике электрических сетей часто используются колебательные процессы. Всем известные 220 вольт (теперь принятые 230) в розетке частотой 50 Гц. Синусоида, амплитуда которой равна 315 вольт. Анализируя цепи, удобно представить вращающимся по часовой стрелке вектором.

    Анализ цепей графическим методом

    Упрощается расчет, можно пояснить инженерное представление реактивной мощности. Угол фазы тока считают равным нулю, откладывается вправо по оси абсцисс (см. рис.). Реактивная энергия индуктивности совпадает фазой с напряжением UL, опережает на 90 градусов ток. Идеальный случай. Практикам приходится учитывать сопротивление обмотки. Реактивной на индуктивности будет часть мощности (см. рис.). Угол меж проекциями важен. Величина называется коэффициентом мощности. Что означает на практике? Перед ответом на вопрос рассмотрим понятие треугольника сопротивлений.

    Треугольник сопротивлений и коэффициент мощности

    Чтобы проще вести анализ электрических цепей, физики предлагают использовать треугольник сопротивлений. Активная часть откладывается, как ток, – вправо оси абсцисс. Договорились, индуктивность направлять вверх, емкость – вниз. Вычисляя полное сопротивление цепи, значения вычитаем. Исключено комбинированный случай. Доступно два варианта: реактивное сопротивление положительное, либо отрицательное.

    Получая емкостное/индуктивное сопротивление, параметры элементов цепи домножают коэффициентом, обозначаемым греческой буквой «омега». Круговая частота – произведение частоты сети на удвоенное число Пи (3.14). Еще одно замечание по поводу нахождения реактивных сопротивлений укажем. Если индуктивность просто домножается указанным коэффициентом, для емкостей берутся величины обратные произведению. Понятно из рисунка, где приведены указанные соотношения, помогающие вычислять напряжения. После домножения берем алгебраическую сумму индуктивного, емкостного сопротивлений. Первые рассматриваются положительными величинами, вторые – отрицательными.

    Формулы реактивных составляющих

    Две составляющие сопротивления – активная и мнимая – являются проекциями вектора полного сопротивления на оси абсцисс и ординат. Углы сохраняются при переносе абстракций на мощности. Активная откладывается по оси абсцисс, реактивная — вдоль сои ординат. Емкости и индуктивности являются основополагающей причиной возникновения в сети негативных эффектов. Было показано выше: без реактивных элементов становится невозможным построение электротехнических устройств.

    Коэффициентом мощности принято называть косинус угла меж полным вектором сопротивления и горизонтальной осью. Столь важное значение параметру приписывают, поскольку полезная часть энергии источника является долей полных трат. Доля высчитывается умножением полной мощности на коэффициент. Если векторы напряжения и тока совпадают, косинус угла равен единице. Мощность теряется нагрузкой, улетучиваясь теплом.

    Сказанному верить! Средняя мощность периода при подключении к источнику чисто реактивного сопротивления равна нулю. Половину времени индуктивность принимает энергию, вторую отдает. Обмотка двигателя обозначается на схемах прибавлением источника ЭДС, описывающего передачу энергии валу.

    Практическое истолкование коэффициента мощности

    Многие замечают неувязку в случае практического рассмотрения реактивной мощности. Для снижения коэффициента рекомендуют параллельно обмоткам двигателя включать конденсаторы большого размера. Индуктивное сопротивление уравновешивает емкостное, ток вновь совпадает с напряжением фазой. Сложно понять вот по какой причине:

    1. Допустим, к источнику переменного напряжения подключили первичную обмотку трансформатора.
    2. В идеале активное сопротивление равно нулю. Мощность должна быть реактивной. Но это плохо: угол между напряжением и током стремятся сделать нулевым!

    Но! Колебательный процесс безучастен работе двигателей, трансформаторов. Теория реактивной мощности предполагает: колебания совершает вся энергия. До последней капли. В трансформаторе, двигателе из поля происходит активная «утечка» энергии на совершение работы, наведение тока вторичной обмотки. Энергия циркулировать между источником и потребителем не может.

    Реальная цепь процесс согласования отдельных участков затрудняет. Для перестраховки поставщики требуют установить параллельно обмотке двигателя конденсаторы, чтобы энергия циркулировала в локальном сегменте, не выходила наружу, нагревая соединительные провода. Важно избежать перекомпенсации. Если емкость конденсаторов будет слишком велика, батарея станет причиной увеличения коэффициента мощности.

    Что касается сдвига фаз, возникает на вторичной обмотке трансформатора подстанции. Роль играет не это. Двигатель работает, часть энергии не преобразована в полезную работу, отражается назад. В результате возникает коэффициент мощности. Участвующая составляющая индуктивности – технологический, конструкционный дефект. Часть, не приносящая пользы. Скомпенсируем, добавляя конденсаторные блоки.

    Проверка правильности согласования ведется по факту отсутствия сдвига фаз между напряжением и током работающего электродвигателя. Лишняя энергия циркулирует меж избыточной индуктивностью обмоток, установленным конденсаторным блоком. Достигнута цель мероприятия – избежать нагрева проводников питающей устройство сети.

    Что предлагают под видом экономии электроэнергии

    В сети предлагают купить устройства экономии электроэнергии. Компенсаторы реактивной мощности. Важно не перегнуть палку. Допустим, компенсатор будет уместно смотреться рядом с включенным компрессором холодильника, коллекторным двигателем пылесоса, обременять квартиру мерами при работающих лампочках накала – предприятие сомнительное. До установки потрудитесь узнать сдвиг фаз меж напряжением и током, согласно информации, правильно рассчитайте объем блока конденсаторов. Иначе попытки сэкономить таким образом потерпят неудачу, разве случайно удастся навести палец в небо, попасть в точку.

    Вторым аспектом компенсации реактивной мощности является учет. Делается для крупных предприятий, где стоят мощные двигатели, создающие большие углы сдвига фаз. Внедряют специальные счетчики учета реактивной мощности, оплачиваемой согласно тарифу. Для расчетов коэффициента оплаты применяется оценка тепловых потерь проводов, ухудшение режима эксплуатации кабельной сети, некоторые другие факторы.

    Перспективы дальнейшего изучения реактивной энергии, как явления

    Реактивная мощность выступает явлением отражения энергии. Идеальные цепи явления лишены. Реактивная мощность проявляется выделенным теплом на активном сопротивлении кабельных линий, искажает синусоидальную форму сигнала. Отдельная тема разговора. При отклонениях от нормы двигатели работают не столь гладко, трансформаторам – помеха.

    Коэффициент реактивной мощности – Справочник химика 21

        Реактивная мощность канальной печи в несколько раз больше ее активной мощности из-за большого зазора между индуктором и каналом печи. Естественный коэффициент мощности канальной печи составляет 0,3—0,7. Значение os фп тем меньше, чем больше рассеяние магнитного потока и чем меньше активное сопротивление металла в канале печи. Меньшее значение os относится к плавильным печам для плавки металлов с ма- [c.110]
        Преимуществами тиристорных преобразователей являются отсутствие вращающихся масс, малые нагрузки на фундамент и малое влияние коэффициента использования мощности на снижение КПД КПД составляет 92—94% при полной нагрузке, а при 0,25 снижается только на 1—2%. Кроме того, поскольку частота может быть легко изменена в определенном диапазоне, нет необходимости регулирования емкости для компенсации реактивной мощности колебательного контура. Технические характеристики тиристорных преобразователей приведены в [18]. [c.172]

        Синхронные компенсаторы, устанавливаемые, как правило, на приемном конце ЛЭП вблизи потребителей электрической энергии, работая в компенсаторном (емкостном) режиме, компенсируют реактивный ток ЛЭП. Если по каким-либо условиям на электрической станции синхронные генераторы активной мощности работают с коэффициентом мощности, близким к единице (например, на ГЭС с капсульными гидрогенераторами), то для покрытия дефицита реактивной мощности синхронные компенсаторы устанавливают и на передающем конце ЛЭП вблизи генераторов активной мощности. [c.104]

        При этом условии, очевидно, активная мощность печной установки Ра равна ее реактивной мощности Q, а коэффициент мощности os срз = 0,707.[c.78]

        Произведение представляет объем металла. Поэтому для получения практически приемлемого значения коэффициента мощности, при увеличении емкости печи, необходимо или понижать частоту тока источника питания, или применять конденсаторы для компенсации реактивной мощности. В первые годы, когда появились индукционные печи с открытым каналом для плавки стали, ввиду отсутствия более или менее совершенных конденсаторов, для питания этих печей применяли специальные генераторы пониженной частоты — от 25 до 5 гц, что усложняло и удорожало печные установки. В печах с закрытым каналом, где сечение канала значительно меньше, и канал располагается ближе к сердечнику, коэффициент мощности получается достаточно высоким [c.87]

        Введение в топливо оксидов гадолиния и эрбия приводит к выравниванию мощности но объёму активной зоны реактора, поддержанию температурного коэффициента реактивности на заданном уровне, снижает паровой коэффициент реактивности до уровня, при котором в активную зону не [c. 159]

        Указанные преимущества тяжеловодных реакторов обеспечили им приоритет в развитии ядерных энергетических программ многих стран, не имеющих мощностей для производства обогащённого урана. Однако в бывшем СССР в ядерной энергетике они применялись только для специальных целей. В настоящее время, исходя из уроков аварии на Чернобыльской АЭС, а также из присущей тяжеловодным реакторам внутренней безопасности (в реакторах, где тяжёлая вода одновременно является теплоносителем и замедлителем нейтронов, сокращается критическая масса реактора и достигается отрицательный температурный коэффициент реактивности), отношение к их использованию в России пересмотрено. Примером этого является достигнутая в 1995 году международная договорённость о сотрудничестве в создании первого энергетического тяжеловодного реактора ВВР-640, строительство которого намечено в Приморье. Реализация в России энергетической программы на основе тяжеловодных реакторов потребует для её обеспечения значительных объёмов тяжёлой воды (так, уже упомянутый выше реактор ВВР-640 потребует около 600 тонн ВгО), которая, вероятно, будет закупаться за рубежом. Потребность в ВгО существует и вне зависимости от нужд в этом продукте большой энергетики. Она связана прежде всего с созданием и эксплуатацией в РФ, а также в других странах СНГ тяжеловодных исследовательских ядерных реакторов, первый из которых был введён в действие ещё в 1949 году в Институте теоретической и экспериментальной физики АН СССР в Москве. Реактор был предназначен для физических, биологических, радиационно-химических исследований, а также для получения радиоактивных изотопов. Аналогичные реакторы действовали в Институте атомной энергии им. И.В. Курчатова в Москве, в Екатеринбурге, в Харькове (в Физико-техническом институте низких температур), а также во многих научных центрах бывших союзных республик и в аналогичных центрах бывших стран СЭВ. [c.211]


        Преобразователь может работать при питании от источника как постоянного, так и переменного тока и отдавать в результате преобразования энергию как на постоянном, так и на переменном токе. Поэтому регулирование напряжения (тока) осуществляется как на переменном, так и на постоянном токе. Широкое распространение благодаря своей простоте получили хорошо известные резисторные схемы регулирования (потенциометрическая схема плавного регулирования, реостатная схема и их разновидности в виде делителей на постоянных резисторах со ступенчатым регулированием и др.). Они применяются как на переменном, так и на постоянном токе. Однако с увеличением мощности в нагрузке резко возрастают активные потери на элементах регулирования. Поэтому для уменьшения потерь активной мощности на переменном токе резисторные элементы регулирования заменяют реактивными элементами. В качестве реактивных регулируемых сопротивлений большое распространение имеют дроссели насыщения. Основными особенностями схем управления с дросселями насыщения являются возможность плавного регулирования в широких пределах при малой мощности управления, высокая надежность и простота схемы, отсутствие механически перемещаемых контактов в силовых цепях. Недостатками такого способа регулирования являются искажение формы синусоиды и значительное увеличение реактивной мощности, потребляемой от источника энергии (что приобретает особое значение при использовании автономного генератора переменного тока), и как следствие этого уменьшение коэффициента мощности. Так как регулирование напряжения осуществляется электрическим путем при малой мощности управления, то это позволяет применять схемы с дросселями насыщения в системах автоматического регулирования. При этом следует помнить, что благодаря большим значениям индуктивности и низкой частоте питающей сети скорость изменения напряжения не высока и время отработки сигнала может составлять десятые доли секунды, т. е. система с дросселем насыщения является инерционной. [c.73]

        Работа мощного источника питания может отрицательно сказаться на функционировании потребителей, подключенных к одной сети с ним. Уменьшение мощности искажений и тем самым степени искажения напряжения достигается увеличением количества плеч выпрямителя и включением на его входе резонансных индуктивно-емкостных фильтров. Коэффициент мощности может быть улучшен тремя путями [165] 1) применением оптимальных схем с нулевыми вентилями с регулированием на первичной стороне трансформатора 2) изменением режима выпрямления, которое приводит к генерации реактивной мощности вместо ее потребления (искусственная коммутация) 3) применением специальных режимов управления тиристорами (несимметричное управление). [c.164]

        Статор синхронного электродвигателя, будучи присоединен к сети переменного тока, получает от нее необходимую для намагничивания реактивную мощность. Ротор намагничивается подаваемым в него током возбуждения (постоянным током). При малом токе возбуждения электродвигатель потребляет из сети реактивную мощность, при большом — отдает ее в сеть. В первом случае говорят, что двигатель работает с отстающим коэффициентом мощности, во втором —с опережающим коэффициентом мощности. Свойство синхронных электродвигателей отдавать в сеть реактивную мощность используют для компенсации недостающей в сети реактивной мощности, т. е. для улучшения коэффициента мощности сети. [c.33]

        Регулятор возбуждения РВ служит для установления степени возбуждения синхронного двигателя и получения необ.ходимого коэффициента мощности (чем больше ток возбуждения, тем больше двигатель отдает в сеть реактивной мощности). [c.89]

        Улучшение коэффициента мощности может быть достигнуто изъятием избыточной мощности и увеличением загрузки асинхронных электродвигателей и трансформаторов, являющихся главными потребителями реактивной мощности. Однако основным мероприятием по повышению коэффициента мощности является использование синхронных электродвигателей и установка статических конденсаторов. [c.190]

        Синхронный электродвигатель целесообразно применять при мощности более 100 кет, так как кроме основного назначения он выполняет функции генератора реактивной мощности, улучшая коэффициент мощности ( os [c.147]

        Машинные преобразователи изготовляют однокорпусными мощностью до 100 кВт и двухкорпусными — 250, 500 и 1500 кВт с коэффициентом полезного действия 65—85%. Для возбуждения генераторов используют электромашинные усилители и полупроводниковые выпрямители. Для регулирования и поддержания напряжения применяют электромашинные, магнитные и тиристорные усилители. Компенсация реактивной мощности осуществляется статистическими конденсаторами, рассчитанными на частоту 1000, 2500 и вООО Гц с водяным охлаждением, которые устанавливают вблизи печей. [c.56]


        Основным недостатком установок с тиристорами является низкий коэффициент мощности os устраняется применением специальных устройств — компенсаторов реактивной мощности. [c.121]

        Реактивная мощность, идущая главным образом на создание электромагнитных полей, зависит в основном от конструкции электрооборудования (трансформаторов, электродвигателей) абсолютная величина ее мало изменяется при изменении нагруз-Рис. 175. Треуголь- ки. Например, реактивная мощность холо-ник мощностей стого хода трансформатора (когда он не несет никакой нагрузки) составляет около 80% реактивной мощности, потребляемой им при номинальной нагрузке, а холостого хода асинхронного электродвигателя — около 70%. Таким образом, малая загрузка электродвигателей и трансформаторов активной мощностью повышает относительную величину реактивной мощности, т. е. ухудшает коэффициент мощности завода. [c.298]

        Основными потребителями реактивной мощности на нефтегазоперерабатывающих заводах являются асинхронные электродвигатели. Для повышения общего коэффициента мощности [c.299]

        Из полученных выше выражений активной и реактивной мощности в цилиндре легко получить выражение для коэффициента мощности [c.104]

        Как известно, простейшим способом повышения коэффициента мощности является компенсация реактивной мощности с помощью батарей статических конденсаторов. Например, доведение коэффициента мощности на Волжском заводе синтетического волокна в 1985 г. до заданного энергосистемой позволит сэкономить 18,5 млн. кВт.ч электроэнергии. Однако в некоторых случаях использование батарей конденсаторов невозможно из-за наличия в кривой тока составляющих высших гармоник (токи этих гармоник попадают в резонанс с собственной частотой батареи, батарея перегружается по току и конденсаторы выходят из строя). На одном из предприятий для исключения резонанса было предложено включить последовательно конденсаторной батарее в каждую фазу реакторы [6]. [c.12]

        При соизмеримой мощности источника питания и выпрямителя высшие гармоники тока вызывают заметные падения напряжения в сопротивлениях системы и тем самым искажают синусоидальную форму напряжения источника питания, что ухудшает режим работы других потребителей. Уменьшение мощности искажений и тем самым степени искажения напряжения достигается увеличением количества плеч выпрямителя и включением на входе резонансных индуктивно-емкостных фильтров, практически эти же мероприятия положительно влияют на ка. Коэффициент мощности может быть улучшен тремя путями применением схем с нулевыми вентилями и с регулированием напряжения источника питания изменением режима выпрямления, приводящим к генерации реактивной мощности вместо ее потребления применением специальных режимов управления тиристорами. [c.140]

        Статор синхронного электродвигателя, будучи присоединен к сети переменного тока, получает от нее необходимую для намагничивания реактивную мощность. Ротор намагничивается подаваемым в него током возбуждения (постоянным током). При малом токе возбуждения электродвигатель потребляет из сети реактивную мощность, при большом — отдает ее в сеть. В первом случае говорят, что двигатель работает с отстающим коэффициентом мощности, во втором — с опережающим коэффициентом мощности. [c.40]

        Величина характеризует соотношение между потребляемыми из сети реактивной и активной мощностями. При 1дпотребление реактивной мощности из сети меньше потребления активной мощности (Q

    потребление реактивной и активной мощности одинаково (Q=P) при 1 ф>1 (ф>45°) потребление реактивной мощности превышает потребление активной мощности (Q>P). Таким образом, чем меньше значение 1дф, тем лучше энергетические показатели потребления электроэнергии на объекте (насосной илй компрессорной станции или нефтяной базы). Для стимулирования мероприятий по уменьшению потребления реактивной-мощности энергоснабжающие организации применяют систему скидок и надбавок к тарифу на электроэнергию за компенсацию потребителями реактивной мощности, получаемой от сети. Скидки и надбавки к тарифу определяются в зависимости от степени компенсации реактивной мощности, оцениваемой коэффициентами [c.227]

        Реактивные мощности в индукторе и загрузке Рд2 по абсолютной величине могут быть больше или меньше активных мощностей и также равны им, что определяется соотношением поправочных функций Р и С, т.е. геометрией индуктора и глубиной проникновения электромагнитной волны для каждого участка. Для индуктора оптимальное значение толщины б = 1,ЗА. При выборе толщины стенки загрузки ее принимают возможно меньшей для повышения электрического КПД и коэффициента мощности. [c.12]

        При исследовании индукционного нагрева стали функциями цели могут быть коэффициент связи, электрический КПД, коэффициент мощности, реактивная мощность какого-либо участка системы индуктор-загрузка и т. п. В качестве контролируемых независимых переменных (факторов) выступают геометрические размеры, например отношение диаметра и высоты индуктора и загрузки, толшины индуктора и загрузки, толщина зазора, удельная поверхностная мощность, температуры индуктора и загрузки и т. п. В ряде работ [1, 43] показано, что адекватная математическая модель процесса индукционного нагрева стали может быть получена при использовании ортогонального центрально-композиционного плана второго порядка или полного факторного эксперимента вида 2″ с последующим изменением метрики пространства. Полученные экспериментальным путем зависимости позволяют определять функции цели в пределах принятых интервалов варьирования факторов Дх/. [c.123]

        Здесь Рст и Рст.,-удельная активная мощность (потери) и удельная реактивная мощность в электротехнической стали (см. табл. 4.10) G T-масса магнитопровода коэффициент, учитывающий рассеивание равен 1,5-2,0. [c.129]

        Коэффициент характеризует отношение активной мощности которая преобразуется в тепло, к реактивной мощности при этом полная мощность переменного тока, подведенная к плоскому конденсатору, равна  [c.299]

        Однако электроснабжающие организации требуют не просто увеличения коэффициента мощности, а поддержания заданного оптимального значения коэффициента реактивной мощности. Коэффициент реактивной мощности tgф — это отношение реактивной нагрузки потребителя к активной, участвующей в максимуме нагрузки энергосистемы. Если фактический tgфф предприятия равен оптимальному 1дфо ,, заданному энергосистемой, то предприятию представляется скидка до 8% как с ос- [c.451]

        Электрические нагрузки отдельных объектов и завода в целом определяют по методике, рекомендуемой Временными руководящими указаниями по определению электрических нагрузок промышленных предприятий , или, учитывая равномерный график нагрузки завода (трехсменная работа оборудования завода с постоянной загрузкой), по методу коэффициента спроса. В результате расчета определяются максимальная потребляемая отдельными объектами и заводом в целом мощность (активная, реактивная и полная) и годовой расход электроэнергии. При расчете электрических нагрузок решаются также вопросы ком11енсации реактивной мощности и доведения коэффициента мощности до нормативной величины. [c.137]

        Для улучшения созфп параллельно индуктору печи присоединяют конденсаторную батарею, реактивная мощность которой должна быть равна реактивной мощности печи. Компенсация естественного коэффициента мощности печи необходима для того, чтобы не нагружать сеть (или понижающий силовой трансформатор) реактивным током, значения которого в несколько раз превосходят активный ток. [c.113]

        Для того чтобы снизить реактивную мощность печи и повысить ее коэффициент мощности, можно использовать включаемые на щины главной понижающей подстанции, питающей группу печей, конденсаторы. Однако реактивная мощность печи при толчках тока колеблется в больших пределах, поэтому необходимо, чтобы емкость компенсирующей конденсаторной батереи также изменялась с очень большой скоростью, соответствующей скорости изменения реактивной мощности печи. Это может быть достигнуто, например, путем подключения части конденсаторов через тиристорные ключи, управляемые схемой, обеспечивающей постоянство значения коэффициента мощности установки на уровне, близком к единице. [c.210]

        Растворный реактор при выбранной концентрации уранилсульфата обладает по объёму минимальной критмассой. Случайное разбавление раствора водой, хотя и увеличивает его объём, снижает реактивность. Выпаривание раствора, хотя и увеличивает концентрацию в нём урана, также снижает реактивность. Реактор обладает отрицательным коэффициентом реактивности по мощности и температуре раствора. Давление раствора в корпусе реактора ниже атмосферного. Поэтому при работе реактора течи раствора и утечка газовой среды из реактора исключены. Остаточное тепловыделение при отказе основной системы теплоотвода пассивно передаётся графитовому отражателю и рассеивается в окружающем пространстве. При этом температура кипения раствора не достигается. [c.559]

        Для снижения коэффициента реактивности на первом этапе были загружены 80 дополнительных поглотителей (ДП) в РБМК-1000 и 52-54 ДП в РБМК-1500, а также для увеличения оперативного запаса реактивности добавлены до 45 и 55 стержней регулировки реактивности, соответственно. Таким способом был исключён неконтролируемый рост мощности реактора (на мгновенных нейтронах) в случае обезвоживания активной зоны, но увеличение числа поглотителей в активной зоне привело к значительному снижению выгорания топлива и ухудшению экономических характеристик топливного цикла. Кроме прямых экономических потерь из-за недожигания топлива обострилась проблема хранения отработавшего топлива, так как рост темпа перегрузок привёл к ускоренному заполнению бассейнов выдержки. [c.147]

        Повышенный объем потерь электроэнергии в электросетях наблюдается также за счет снижения коэффициента мощности электроустановок ( os ф). Этому, в частности, способствует такой показатель, называемый экономическим эквивалентом реактивной мощности, который ориентировочно может бьггь принят равным  [c.54]

        Крупные карбидные печи, как правило, оборудованы печными, трансформаторами, напряжение со стороны ВН которых 110 кВ (реже 35 кВ) питаются они от районных подстанций энергосистеьш, потребляя миллионы кВт-ч в год. Для таких потребителей оптимальное (с экономической точки зрения) значение os ф, выше которого нецелесообразно применять искусственную компенсацию реактивной мощности, лежит в пределах 0,88—0,92 и будет определяться конкретными условиями электроснабжения [14]. Этим значениям коэффициента мощности соответствуют предельные мощности печей, не требующих компенсации реактивной мощности. [c.88]

        В работе [14] показано, что заводы для производства карбида кальция, оборудованные мощными карбидными печами, как правило, должны оборудоваться и установками искусственной компенсации реактивной мощности. Для крупных карбидных печей (как и для других рудотермических печей) существуют следующие пути повышения естественного коэффициента мощности  [c.88]

        Коэффициент мощности созф характеризует соотношение загрузки электросетей завода активной и реактивной мощностью. Значение собф, близкое к единице, говорит о том, что получаемая заводом электроэнергия используется главным образом в виде активной мощности Р на полезную работу механизмов малая величина созф — о загрузке сетей преимущественно реактивной мощностью Q. [c.298]

        Если перечисленные меры оказались недостаточными, коэффициент мощности может быть повышен до нормируемой величины использованием устройств, генерирующих реактивную мощность в сеть, т. е. компенсирующих ее потребление в электроприемниках предприятия. [c.299]

        При выборе электрических установок следует руководствоваться необходимостью обеспечения оптимального коэффициента мощности путем правильного подбора электродвигателей и трансформаторов, синхронных двигателей и т. д. В случае необходимости для ком- пенсации реактивной мощности следует применять батареи силовых конденсаторов. [c.55]

        Применение магнитопроводов позволит уменьшить реактивную мощность вне системы индуктор-загрузка, поэтому коэффициент связи к в увеличится, а активная мощность (потери) индуктора снизится. Таким образом, возрастут электрический КПД Т1э и коэффициент мощности со5ф. При приближенных инженерных расчетах влияние магнитопроводов в цилиндрической системе индуктор-загрузка можно не учитывать. [c.132]


    Регулирования активной и реактивной мощности синхронного генератора при подключении к сети

     

    DOI: 10. 32743/UniTech.2021.82.1-3.21-25

     

    АННОТАЦИЯ

    Регулирование активной и реактивной мощности генераторов при подключении к сети всегда было важным вопросом исследований электростанций и электрических сетей для эффективного использования энергии и стабильной работы двигателей. В повседневной жизни потребление электроэнергии в жилых домах постоянно меняется (больше ночью и меньше днем; больше летом и зимой, меньше весной и осенью), поэтому для рационального использования ресурсов и улучшения экономики необходимы мониторинг и регулирование активной мощности в реальном времени. В последнее время большинство приборов, подключенных к сети, являются индуктивными. Поэтому система питания должна загружать много реактивной мощности помимо активной. Согласно статистике, реактивная мощность, потребляемая промышленными предприятиями, необходимая асинхронному двигателю в энергосистеме, составляет 60–65 %, 20–25 % силовых трансформаторов и 10 % приходятся на воздушный электрические сети и другого оборудования [2]. Реактивная мощность, поставляемая энергосистемой, распределяется между всеми генераторами, что вызывает проблему того, сколько должен выдерживать каждый генератор и как регулировать реактивную мощность генераторов. В этой статье подробно анализируются методы регулирования активной и реактивной мощности, диапазон регулирования, угловые характеристики мощности и электромагнитное соотношение активной и реактивной мощности.

    ABSTRACT

    The regulation of active and reactive power of generators when connected to the grid has always been an important issue in the research of power plants and electrical networks for efficient use of energy and stable operation of motors. In everyday life, electricity consumption in residential buildings is constantly changing (more at night and less during the day; more in summer and winter, less in spring and autumn), therefore, real-time monitoring and regulation of active power is necessary for rational use of resources and improving the economy. Most of the loads connected to the mains are inductive lately. Therefore, the power supply system must load a lot of reactive power in addition to active power. According to statistics, the reactive power consumed by industrial enterprises required for an induction motor in the power system is 60–65 %, 20–25 % of power transformers and 10 % for overhead electrical networks and other equipment. The reactive power supplied by the power system is shared among all generators, which raises the problem of how much each generator has to handle and how to regulate the reactive power of the generators. This article analyzes in detail the methods for regulating active and reactive power, the control range, the angular characteristics of power and the electromagnetic ratio of active and reactive power.

     

    Ключевые слова: угол мощности, ток возбуждения, активное регулирование, регулирование реактивной мощности, статическая устойчивость.

    Keywords: power angle, excitation current, active regulation, reactive power regulation, static stability.

     

    1. Введение. В этой статье обсуждается, как отрегулировать активную и реактивную мощность после параллельного подключения генератора в основном для бесконечной электросети. Это означает, что изменение режима работы подключаемого генератора практически не может повлиять на изменение напряжения  или частоты  сети, где они остаются неизменными, т.е.  = const и  = const. Внутренний процесс анализируется с помощью векторной диаграммы или угла мощности при регулировке. Регулировка активной мощности должна изменить входную мощность первичного двигателя для изменения выходной мощности генератора в соответствии с характеристикой угла мощности. Если изменяется только ток возбуждения генератора, можно регулировать только реактивную мощность генератора.

    2. При перевозбуждении выдается индуктивная реактивная мощность, а реакцией якоря является размагничивание; при слабом возбуждении генератор  производит емкостную реактивную мощность и реакция якоря может усилиться (также может размагничиваться). Обычный генератор возбуждения выдает только активную мощность с коэффициентом мощности, показанным на рис. 1 [2; 8; 6; 7].

    2. Регулирование реактивной мощности синхронного генератора и анализ его работы. Предпосылка анализа заключается в том, что в качестве примера берем двигатель со скрытым полюсом. Эффектом насыщения и сопротивлением якоря пренебрегаем. Тогда сеть рассматривается как бесконечная, напряжение – неизменным, а частота – нормальной.

    2.1. Выход без нагрузки на стабильную активную мощность. Когда генератор не выдает активную мощность, потребляемую первичным двигателем, просто компенсируются различные потери и не выводятся электромагнитные потери (без учета потерь в меди статора), поэтому угол мощности δ = 0°, электромагнитная мощность  = 0, как показано на рис. 1. В это время, хотя электродвижущая сила поля , напряжение сети U могут присутствовать и есть токовый выход, это реактивный ток. Когда входная мощность  первичного двигателя увеличивается, входной крутящий момент увеличивается и  ( – крутящий момент без нагрузки). В это время остаточный крутящий момент () действует на вал двигателя, так что ускорение ротора, главное магнитное поле ротора () и прямая ось d опережают эквивалентное статору синтетическое магнитное поле (). Поскольку магнитное поле ограничено частотой сети, скорость вращения остается синхронной, а соответственно, и электродвижущая фаза. Величина  опережает вектор напряжения на клеммах генератора  на фазовый угол, поэтому δ > 0°,  > 0, генератор выдает активный ток наружу, а электромагнитный момент  при этом появляется соответствующий к электромагнитному моменту  Когда δ увеличивается так, что соответствующий электромагнитный крутящий момент в точности равен остаточному крутящему моменту (), ротор возвращается к синхронной скорости, и генератор работает стабильно под углом δ, как показано на рисунке 1 (B) и 1 (С) [2; 6].

    В это время выходная активная мощность генератора равна:

    .                                                               (1)

    Если это явнополюсный синхронный генератор, его угловая характеристика мощности равна:

    .                                           (2)

    Также можно видеть, что угол мощности – это угол между осью магнитного полюса ротора и осью магнитного полюса воздушного зазора в пространстве и угол между электродвижущей силой возбуждения  и напряжением U во времени [1–8].

    Рисунок 1. Параллельно с бесконечной электросетью синхронный генератор вырабатывает активную мощность от холостого хода до стабильной выходной мощности

     

    2.2. Регулировка активной мощности при статической и стабильной работе синхронного генератора. Активная мощность синхронного генератора, подключенного к системе большой мощности, регулируется мощностью первичного двигателя. При увеличении мощности первичного двигателя, т.е. вращающего момента первичного двигателя (паровой или гидравлической турбины), увеличивается активная составляющая тока генератора, одновременно с этим увеличивается и угол, что понижает запас устойчивости генератора. Для того чтобы синхронный генератор не терял запаса устойчивости при увеличении активной мощности, необходимо увеличивать ток возбуждения.

    Векторная диаграмма генератора с невыпадающими полюсами, например, показана на рисунке 2. Текущий ток можно контролировать с помощью:

    ;                                                                       (3)

    .                                                               (4)

    Объяснение. Из рисунка видно, что по мере изменения активной мощности изменяется угол δ, а затем изменяется угол , изменяется I cos, а также изменяется I sin, то есть изменяется величина реактивной мощности, а также может поменяться характер. В частности, когда активная мощность увеличивается, ток возбуждения не изменяется, а активная мощность  увеличивается, I cos увеличивается. Тогда  увеличивается, затем sin увеличивается, то есть δ увеличивается и  уменьшается, ток якоря I увеличивается, а угол коэффициента мощности  уменьшается. Следовательно, угол δ мощности фактически отражает угол кручения синтетического магнитного поля статора, и тем больше электромагнитная мощность  и электромагнитный момент . Причина образования δ заключается в том, что существует поперечный ток реакции якоря  (составляющая тока якоря  в направлении ), поэтому поперечная реакция якоря заключается в том, что магнитодвижущая сила создает электромагнитный момент и выполняет электромеханическое преобразование энергии [2; 7].

    Необходимые условия. Однако входная мощность от первичного двигателя не может быть увеличена без ограничений для увеличения электромагнитной мощности генератора. Для генератора со скрытыми полюсами, когда угол мощности δ достигает 90°, электромагнитная мощность достигает максимального значения . Если входная мощность от первичного двигателя увеличивается, новый баланс не может быть установлен и скорость двигателя будет постоянно увеличиваться и терять шаг и статическую устойчивость [2; 7; 1].

     

    Рисунок 2. Синхронный генератор поддерживает постоянным ток возбуждения  для регулировки активной мощности генератора

     

    3. Регулирование реактивной мощности и анализ работы синхронного генератора. Если генератор подключен параллельно к сети в идеальных условиях, указанных выше, при исследовании регулирования реактивной мощности генератора также можно считать, что мощность электросети достаточно велика, а напряжение электросети и частота не изменятся.

    3.1. Анализ регулирования тока возбуждения без нагрузки. Когда ток якоря равен нулю, переключатель холостого хода замкнут, как показано на рисунке 3 (A), ток возбуждения является нормальным возбуждением; когда переключатель холостого хода замкнут, генератор не будет генерировать активную или реактивную мощность.

    Если выходной сигнал первичного двигателя остается неизменным, ток возбуждения увеличивается, он будет в перевозбужденном состоянии, и генератор будет посылать обратный реактивный ток, чтобы вызвать реакцию размагничивания якоря, как показано на рисунке 3 (B).

    Ток возбуждения начинает уменьшаться по сравнению с нормальным возбуждением, он будет в недовозбужденном состоянии, и генератор будет посылать опережающий реактивный ток для генерации реакции намагниченного якоря, как показано на рисунке 3 (C) [2; 8; 6; 7; 1].

     

    Рисунок 3. Фазово-векторная диаграмма регулировки тока возбуждения без нагрузки

     

    3.2. Регулировка реактивной мощности при активной нагрузке. Когда генератор нагружен активной нагрузкой и выходная активная мощность остается неизменной, взаимосвязь между током якоря генератора и током возбуждения также может быть проанализирована с помощью векторной диаграммы электродвижущей силы. Учитывая, что напряжение постоянно, а сопротивление не учитывается.

    Если тогда:

    Когда ток возбуждения регулируется для изменения , ток статора генератора и коэффициент мощности также изменяются соответственно. Из рисунка 3 видно, что векторная диаграмма активного тока I cos постоянная, вектор тока статора  в конце траектории представляет собой горизонтальную линию AB, перпендикулярную вектору напряжения . Из формулы (5)  и  = , изменение вектора  в конце и вектор напряжения  параллельны прямой линии CD. В соответствии с вышеуказанными условиями на рисунке 4 представлены четыре типичные векторные диаграммы.

    В первом случае нагрузка генератора только активной мощностью, без выхода реактивной мощности, минимальный ток статора для нормального возбуждения и cos = 1.

    Во втором случае ток возбуждения увеличивается исходя из нормального возбуждения. В это время  находится в сверхвозбужденном состоянии. Ток статора () ниже напряжения на клеммах.

    В третьем случае ток возбуждения уменьшается на основе нормального возбуждения. В это время  находится в недовозбужденном состоянии, а ток статора опережает напряжение на клеммах . В дополнение к активной мощности в сеть двигатель также передает в сеть расширенную емкостную реактивную мощность, что означает, что генератор поглощает индуктивную реактивную мощность из сети.

    В четвертом случае необходимо дополнительно уменьшить ток возбуждения, электродвижущая сила  еще больше уменьшится, угол мощности и ведущий коэффициент мощности cos будут продолжать увеличиваться, чтобы увеличить значение тока статора. Однако это изменение ограничено. Когда ЭДС холостого хода достигает генератор достигнет предельного состояния стабильной работы из-за предела угла мощности < 90°.

    Дальнейшее снижение тока возбуждения не сможет работать стабильно, а также потеряет статическую устойчивость.

    Рисунок 4. Векторная диаграмма регулировки тока возбуждения при U = constant и = constant

     

    4. Вывод. Регулирование активной мощности повлияет на изменение реактивной мощности. Когда активная мощность генератора увеличивается, уменьшение реактивной мощности будет вызвано постоянным током возбуждения и напряжением сети.

    При регулировке тока возбуждения необходимо изменить реактивную мощность, хотя на значение активной мощности двигателя это не влияет, а ток якоря сначала уменьшается, затем увеличивается.

    Если ток возбуждения установлен слишком низким, двигатель может потерять устойчивость и будет вынужден остановиться.

    Список литературы:

    1. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах : учебник для электроэнергет. спец. вузов. 4-е изд., перераб. и доп. – М. : Высшая школа, 1985. – 536 с.
    2. Князевский Б.А., Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий : учебник. 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Высшая школа, 1979. – 431 с.
    3. Повышение коэффициента полезного действия в результате изменения магнитодвижущей силы обмоток машин переменного тока / И.К. Исмоилов [и др.] // Проблемы современной науки и образования. – 2019. – № 11-1 (144).
    4. Проблемы качества электроэнергии в системах электроснабжения / З.З. Туйчиев [и др.] // Проблемы науки. – 2019. – № 10 (46).
    5. Электрические цепи, содержащие нелинейные элементы, и методы их расчета / Т.К. Жабборов [и др.] // Вестник науки и образования. – 2019. – № 19-2 (73).
    6. Юрганов А.А. Сравнение российских и зарубежных стабилизаторов режима // Электротехника, энер­гетика, электроника: сб. докл. науч. конф. – СПб. : СЗПИ, 2000. – С. 30–47.
    7. Юрганов А.А., Кожевников В.А. Регулирование возбуждения синхронных генераторов. – СПб. : Наука, 1996. – С. 61–88.
    8. Jicheng Li. Design and application of modern synchronous generator excitation systems / Li Jicheng, Tsinghua University, China. – Hoboken, NJ, USA : Wiley-IEEE Press, 2019.

    О понуждении к компенсации реактивной мощности в натуре

    16. В случае отклонения потребителя услуг от установленных договором значений соотношения потребления активной и реактивной мощности в результате участия в регулировании реактивной мощности по соглашению с сетевой организацией он оплачивает услуги по передаче электрической энергии, в том числе в составе конечного тарифа (цены) на электрическую энергию, поставляемую ему по договору энергоснабжения, с учетом понижающего коэффициента, устанавливаемого в соответствии с методическими указаниями, утверждаемыми федеральным органом исполнительной власти в области государственного регулирования тарифов.
    По факту выявления сетевой организацией на основании показаний приборов учета нарушений значений соотношения потребления активной и реактивной мощности составляется акт, который направляется потребителю. Потребитель электрической энергии в течение 10 рабочих дней с даты получения акта письменно уведомляет о сроке, в течение которого он обеспечит соблюдение установленных характеристик путем самостоятельной установки устройств, обеспечивающих регулирование реактивной мощности, или о невозможности выполнить указанное требование и согласии на применение повышающего коэффициента к стоимости услуг по передаче электрической энергии. Указанный срок не может превышать 6 месяцев. В случае если по истечении 10 рабочих дней уведомление потребителем услуг не направлено, сетевая организация, а также гарантирующий поставщик (энергоснабжающая, энергосбытовая организации) по договору энергоснабжения применяют повышающий коэффициент к тарифу на услуги по передаче электрической энергии (в том числе в составе конечного тарифа (цены) на электрическую энергию). Повышающий коэффициент применяется до установки соответствующих устройств потребителем услуг, допустившим нарушение значений соотношения потребления активной и реактивной мощности.
    Размер указанных повышающего и понижающего коэффициентов устанавливается в соответствии с методическими указаниями, утверждаемыми федеральным органом исполнительной власти в области государственного регулирования тарифов.
    Убытки, возникающие у сетевой организации или третьих лиц в связи с нарушением установленных значений соотношения потребления активной и реактивной мощности, возмещаются лицом, допустившим такое нарушение в соответствии с гражданским законодательством Российской Федерации.

    Повышающие коэффициенты в настоящее время установлены только для ЕНЭС (Приказ Федеральной службы по тарифам от 31 августа 2010 г. N 219-э/6, Постановление Правительства РФ от 26.01.2006 N 41). История развития этих повышающих коэффициентов, включая требования к приборам учета, интересна сама по себе, однако сейчас не о ней.  

    Итак, есть потребитель, который нарушает соотношение, установленное Приказом Минэнерго России от 23.06.2015 N 380. Есть 3 возможных варианта развития событий:

    1) Потребитель оплачивает неустойку/повышающий коэффициент к тарифу на передачу. Снимает ли это с него обязанность прекратить нарушение и установить УКРМ (устройство компенсации реактивной мощности)? 

    2) Потребитель сообщает о невозможности обеспечить соответствующие требование. Критерии невозможности в законодательстве не установлены, вероятно это должен быть крайний случай, когда технически установить УКРМ в электроустановке нет места и т.п. Однако, если он сообщает о такой невозможности в силу внутренних причин (“не хочет”), является ли это основанием для отказа при понуждению к установке?

    3) Снизить соотношение активной и реактивной мощности можно разными путями. Если указать требования как “снизить соотношение”, будет ли такой акт исполнимым?

    Активная, реактивная и полная (кажущаяся) мощности.

    Понятия активной, полной и реактивной мощностей

    Реактивная мощность – часть электрической энергии, возращенная нагрузкой источнику. Явление возникновения ситуации считается вредным.

    Возникновение реактивная мощность

    Допустим, цепь содержит источник питания постоянного тока и идеальную индуктивность. Включение цепи порождает переходный процесс. Напряжение стремится достичь номинального значения, росту активно мешает собственное потокосцепление индуктивности. Каждый виток провода согнут круговой траекторией. Образуемое магнитное поле будет пересекать соседствующий сегмент. Если витки расположены один за другим, характер взаимодействия усилится. Рассмотренное называется собственным потокосцеплением.

    Характер процесса таков: наводимая ЭДС препятствует изменениям поля. Ток пытается стремительно вырасти, потокосцепление тянет обратно. Вместо ступеньки видим сглаженный выступ. Энергия магнитного поля потрачена, чтобы воспрепятствовать процессу создавшему. Случай возникновения реактивной мощности. Фазой отличается от полезной, вредит. Идеально: направление вектора перпендикулярно активной составляющей. Подразумевается, сопротивление провода нулевое (фантастический расклад).

    При выключении цепи процесс повторится обратным порядком. Ток стремится мгновенно упасть до нуля, в магнитном поле запасена энергия. Пропади индуктивность, переход пройдет внезапно, потокосцепление придает процессу иную окраску:

    1. Уменьшение тока вызывает снижение напряженности магнитного поля.
    2. Произведенный эффект наводит противо-ЭДС витков.
    3. В результате после отключения источника питания ток продолжает существовать, понемногу затухая.

    Графики напряжения, тока, мощности

    Реактивная мощность некое звено инерции, постоянно запаздывающее, мешающее. Первый вопрос: зачем тогда нужны индуктивности? О, у них хватает полезных качеств. Польза заставляет мириться с реактивной мощностью. Распространенным положительным эффектом назовем работу электрических двигателей. Передача энергии идет через магнитный поток. Меж витками одной катушки, как было показано выше. Взаимодействию подвержены постоянный магнит, дроссель, все, способное захватить вектором индукции.

    Случаи нельзя назвать в смысле описательном всеобъемлющими. Иногда применяется поток сцепления в виде, показанном для примера. Принцип используют пускорегулирующие аппараты газоразрядных ламп. Дроссель снабжен несметным количеством витков: отключение напряжения вызывает не плавное снижение тока, но выброс большой амплитуды противоположной полярности. Индуктивность велика: отклик поистине потрясающий. Превышает исходные 230 вольт на порядок. Достаточно, чтобы возникла искра, лампочка зажглась.

    Реактивная мощность и конденсаторы

    Реактивная мощность запасается энергией магнитного поля индуктивностями. А конденсатор? Выступает источником возникновения реактивной составляющей. Дополним обзор теорией сложения векторов. Поймет рядовой читатель. В физике электрических сетей часто используются колебательные процессы. Всем известные 220 вольт (теперь принятые 230) в розетке частотой 50 Гц. Синусоида, амплитуда которой равна 315 вольт. Анализируя цепи, удобно представить вращающимся по часовой стрелке вектором.

    Анализ цепей графическим методом

    Упрощается расчет, можно пояснить инженерное представление реактивной мощности. Угол фазы тока считают равным нулю, откладывается вправо по оси абсцисс (см. рис.). Реактивная энергия индуктивности совпадает фазой с напряжением UL, опережает на 90 градусов ток. Идеальный случай. Практикам приходится учитывать сопротивление обмотки. Реактивной на индуктивности будет часть мощности (см. рис.). Угол меж проекциями важен. Величина называется коэффициентом мощности. Что означает на практике? Перед ответом на вопрос рассмотрим понятие треугольника сопротивлений.

    Треугольник сопротивлений и коэффициент мощности

    Чтобы проще вести анализ электрических цепей, физики предлагают использовать треугольник сопротивлений. Активная часть откладывается, как ток, – вправо оси абсцисс. Договорились, индуктивность направлять вверх, емкость – вниз. Вычисляя полное сопротивление цепи, значения вычитаем. Исключено комбинированный случай. Доступно два варианта: реактивное сопротивление положительное, либо отрицательное.

    Получая емкостное/индуктивное сопротивление, параметры элементов цепи домножают коэффициентом, обозначаемым греческой буквой «омега». Круговая частота – произведение частоты сети на удвоенное число Пи (3.14). Еще одно замечание по поводу нахождения реактивных сопротивлений укажем. Если индуктивность просто домножается указанным коэффициентом, для емкостей берутся величины обратные произведению. Понятно из рисунка, где приведены указанные соотношения, помогающие вычислять напряжения. После домножения берем алгебраическую сумму индуктивного, емкостного сопротивлений. Первые рассматриваются положительными величинами, вторые – отрицательными.

    Формулы реактивных составляющих

    Две составляющие сопротивления – активная и мнимая – являются проекциями вектора полного сопротивления на оси абсцисс и ординат. Углы сохраняются при переносе абстракций на мощности. Активная откладывается по оси абсцисс, реактивная — вдоль сои ординат. Емкости и индуктивности являются основополагающей причиной возникновения в сети негативных эффектов. Было показано выше: без реактивных элементов становится невозможным построение электротехнических устройств.

    Коэффициентом мощности принято называть косинус угла меж полным вектором сопротивления и горизонтальной осью. Столь важное значение параметру приписывают, поскольку полезная часть энергии источника является долей полных трат. Доля высчитывается умножением полной мощности на коэффициент. Если векторы напряжения и тока совпадают, косинус угла равен единице. Мощность теряется нагрузкой, улетучиваясь теплом.

    Сказанному верить! Средняя мощность периода при подключении к источнику чисто реактивного сопротивления равна нулю. Половину времени индуктивность принимает энергию, вторую отдает. Обмотка двигателя обозначается на схемах прибавлением источника ЭДС, описывающего передачу энергии валу.

    Практическое истолкование коэффициента мощности

    Многие замечают неувязку в случае практического рассмотрения реактивной мощности. Для снижения коэффициента рекомендуют параллельно обмоткам двигателя включать конденсаторы большого размера. Индуктивное сопротивление уравновешивает емкостное, ток вновь совпадает с напряжением фазой. Сложно понять вот по какой причине:

    1. Допустим, к источнику переменного напряжения подключили первичную обмотку трансформатора.
    2. В идеале активное сопротивление равно нулю. Мощность должна быть реактивной. Но это плохо: угол между напряжением и током стремятся сделать нулевым!

    Но! Колебательный процесс безучастен работе двигателей, трансформаторов. Теория реактивной мощности предполагает: колебания совершает вся энергия. До последней капли. В трансформаторе, двигателе из поля происходит активная «утечка» энергии на совершение работы, наведение тока вторичной обмотки. Энергия циркулировать между источником и потребителем не может.

    Реальная цепь процесс согласования отдельных участков затрудняет. Для перестраховки поставщики требуют установить параллельно обмотке двигателя конденсаторы, чтобы энергия циркулировала в локальном сегменте, не выходила наружу, нагревая соединительные провода. Важно избежать перекомпенсации. Если емкость конденсаторов будет слишком велика, батарея станет причиной увеличения коэффициента мощности.

    Что касается сдвига фаз, возникает на вторичной обмотке трансформатора подстанции. Роль играет не это. Двигатель работает, часть энергии не преобразована в полезную работу, отражается назад. В результате возникает коэффициент мощности. Участвующая составляющая индуктивности – технологический, конструкционный дефект. Часть, не приносящая пользы. Скомпенсируем, добавляя конденсаторные блоки.

    Проверка правильности согласования ведется по факту отсутствия сдвига фаз между напряжением и током работающего электродвигателя. Лишняя энергия циркулирует меж избыточной индуктивностью обмоток, установленным конденсаторным блоком. Достигнута цель мероприятия – избежать нагрева проводников питающей устройство сети.

    Что предлагают под видом экономии электроэнергии

    В сети предлагают купить устройства экономии электроэнергии. Компенсаторы реактивной мощности. Важно не перегнуть палку. Допустим, компенсатор будет уместно смотреться рядом с включенным компрессором холодильника, коллекторным двигателем пылесоса, обременять квартиру мерами при работающих лампочках накала – предприятие сомнительное. До установки потрудитесь узнать сдвиг фаз меж напряжением и током, согласно информации, правильно рассчитайте объем блока конденсаторов. Иначе попытки сэкономить таким образом потерпят неудачу, разве случайно удастся навести палец в небо, попасть в точку.

    Вторым аспектом компенсации реактивной мощности является учет. Делается для крупных предприятий, где стоят мощные двигатели, создающие большие углы сдвига фаз. Внедряют специальные счетчики учета реактивной мощности, оплачиваемой согласно тарифу. Для расчетов коэффициента оплаты применяется оценка тепловых потерь проводов, ухудшение режима эксплуатации кабельной сети, некоторые другие факторы.

    Перспективы дальнейшего изучения реактивной энергии, как явления

    Реактивная мощность выступает явлением отражения энергии. Идеальные цепи явления лишены. Реактивная мощность проявляется выделенным теплом на активном сопротивлении кабельных линий, искажает синусоидальную форму сигнала. Отдельная тема разговора. При отклонениях от нормы двигатели работают не столь гладко, трансформаторам – помеха.

    При этом выделяются два показателя, отражающие затраты полной мощности при обслуживании потребителя. Эти показатели называются активная и реактивная энергия. Полная мощность представляет собой сумму этих двух показателей. О том, что такое активная и реактивная электроэнергия и как проверить сумму начисленных оплат, попытаемся рассказать в этой статье.

    Полная мощность

    По сложившейся практике потребители оплачивают не полезную мощность, которая непосредственно используется в хозяйстве, а полную, которую отпускает предприятие-поставщик. Различают эти показатели по единицам измерения – полная мощность измеряется в вольт-амперах (ВА), а полезная – в киловаттах. Активная и реактивная электроэнергия используется всеми запитанными от сети электроприборами.

    Активная электроэнергия

    Активная составляющая полной мощности совершает полезную работу и преобразовывается в те виды энергии, которые нужны потребителю. У части бытовых и промышленных электроприборов в расчетах активная и полная мощность совпадают. Среди таких устройств – электроплиты, лампы накаливания, электропечи, обогреватели, утюги и и прочее.

    Если в паспорте указана активная мощность 1 кВт, то полная мощность такого прибора будет составлять 1 кВА.

    Понятие реактивной электроэнергии

    Этот вид электроэнергии присущ цепям, в составе которых имеются реактивные элементы. Реактивная электроэнергия – это часть полной поступаемой мощности, которая не расходуется на полезную работу.

    В электроцепях постоянного тока понятие реактивной мощности отсутствует. В цепях реактивная составляющая возникает только в том случае, когда присутствует индуктивная или емкостная нагрузка. В таком случае наблюдается несоответствие фазы тока с фазой напряжения. Данный сдвиг фаз между напряжением и током обозначается символом «φ».

    При индуктивной нагрузке в цепи наблюдается отставание фазы, при емкостной – ее опережение. Поэтому потребителю приходит только часть полной мощности, а основные потери происходят из-за бесполезного нагревания устройств и приборов в процессе эксплуатации.

    Потери мощности происходят из-за наличия в электрических устройствах индуктивных катушек и конденсаторов. Из-за них в цепи в течение некоторого времени происходит накопление электроэнергии. После этого запасенная энергия поступает обратно в цепь. К приборам, в составе которых имеется реактивная составляющая электроэнергии, относятся переносные электроинструменты, электродвигатели и различная бытовая техника. Эта величина рассчитывается с учетом особого коэффициента мощности, который обозначается как cos φ.

    Расчет реактивной электроэнергии

    Коэффициент мощности лежит в пределах от 0,5 до 0,9; точное значение этого параметра можно узнать из паспорта электроприбора. Полная мощность должна быть определена как частное от деления активной мощности на коэффициент.

    Например, если в паспорте электрической дрели указана мощность в 600 Вт и значение 0,6, тогда потребляемая устройством полная мощность будет равна 600/06, то есть 1000 ВА. При отсутствии паспортов для вычисления полной мощности прибора коэффициент можно брать равным 0,7.

    Поскольку одной из основных задач действующих систем электроснабжения является доставка полезной мощности конечному потребителю, реактивные потери электроэнергии считаются негативным фактором, и возрастание этого показателя ставит под сомнение эффективность электроцепи в целом. Баланс активной и реактивной мощности в цепи может быть наглядно представлен в виде этого забавного рисунка:

    Значение коэффициента при учете потерь

    Чем выше значение коэффициента мощности, тем меньше будут потери активной электроэнергии – а значит конечному потребителю потребляемая электрическая энергия обойдется немного дешевле. Для того чтобы повысить значение этого коэффициента, в электротехнике используются различные приемы компенсации нецелевых потерь электроэнергии. Компенсирующие устройства представляют собой генераторы опережающего тока, сглаживающие угол сдвига фаз между током и напряжением. Для этой же цели иногда используются батареи конденсаторов. Они подключаются параллельно к рабочей цепи и используются как синхронные компенсаторы.

    Расчет стоимости электроэнергии для частных клиентов

    Для индивидуального пользования активная и реактивная электроэнергия в счетах не разделяется – в масштабах потребления доля реактивной энергии невелика. Поэтому частные клиенты при потреблении мощности до 63 А оплачивают один счет, в котором вся потребляемая электроэнергия считается активной. Дополнительные потери в цепи на реактивную электроэнергию отдельно не выделяются и не оплачиваются.

    Учет реактивной электроэнергии для предприятий

    Другое дело – предприятия и организации. В производственных помещениях и промышленных цехах установлено огромное число электрооборудования, и в общей поступаемой электроэнергии имеется значительная часть энергии реактивной, которая необходима для работы блоков питания и электродвигателей. Активная и реактивная электроэнергия, поставляемая предприятиям и организациям, нуждается в четком разделении и ином способе оплаты за нее. Основанием для регуляции отношений предприятия-поставщика электроэнергии и конечных потребителей в этом случае выступает типовой договор. Согласно правилам, установленным в этом документе, организации, потребляющие электроэнергию свыше 63 А, нуждаются в особом устройстве, предоставляющем показания реактивной энергии для учета и оплаты.
    Сетевое предприятие устанавливает счетчик реактивной электроэнергии и начисляет оплату согласно его показаниям.

    Коэффициент реактивной энергии

    Как говорилось ранее, активная и реактивная электроэнергия в счетах на оплату выделяются отдельными строками. Если соотношение объемов реактивной и потребленной электроэнергии не превышает установленной нормы, то плата за реактивную энергию не начисляется. Коэффициент соотношения бывает прописан по-разному, его среднее значение составляет 0,15. При превышении данного порогового значения предприятию-потребителю рекомендуют установить компенсаторные устройства.

    Реактивная энергия в многоквартирных домах

    Типичным потребителем электроэнергии является многоквартирный дом с главным предохранителем, потребляющий электроэнергию свыше 63 А. Если в таком доме имеются исключительно жилые помещения, плата за реактивную электроэнергию не взимается. Таким образом, жильцы многоквартирного дома видят в начислениях оплату только за полную электроэнергию, поставленную в дом предприятием-поставщиком. Та же норма касается жилищных кооперативов.

    Частные случаи учета реактивной мощности

    Бывают случаи, когда в многоэтажном здании имеются и коммерческие организации, и квартиры. Поставка электроэнергии в такие дома регулируется отдельными Актами. Например, разделением могут служить размеры полезной площади. Если в многоквартирном доме коммерческие организации занимают менее половины полезной площади, то оплата за реактивную энергию не начисляется. Если пороговый процент был превышен, то возникают обязательства оплаты за реактивную электроэнергию.

    В ряде случаев жилые дома не освобождаются от оплаты за реактивную энергию. Например, если в доме установлены пункты подключения лифтов для квартир, начисление за использование реактивной электроэнергии происходит отдельно, лишь для этого оборудования. Владельцы квартир по-прежнему оплачивают лишь активную электроэнергию.

    Понимание сущности активной и реактивной энергии дает возможность грамотно рассчитать экономический эффект от установки различных компенсационных устройств, снижающих потери от реактивной нагрузки. Согласно статистике, такие устройства позволяют поднимать значение cos φ от 0.6 до 0.97. Тем самым автоматические компенсаторные устройства помогают сэкономить до трети предоставляемой потребителю электроэнергии. Значительное уменьшение тепловых потерь увеличивает срок эксплуатации приборов и механизмов на производственных участках и снижает себестоимость готовой продукции.

    Мощностные характеристики установки или сети являются основными для большинства известных электрических приборов. Активная мощность (проходящая, потребляема) характеризует часть полной мощности, которая передается за определенный период частоты переменного тока.

    Определение

    Активная и реактивная мощность может быть только у переменного тока, т. к. характеристики сети (силы тока и напряжения) у постоянного всегда равны. Единица измерений активной мощности Ватт, в то время, как реактивной – реактивный вольтампер и килоВАР (кВАР). Стоит отметить, что как полная, так и активная характеристики могут измеряться в кВт и кВА, это зависит от параметров конкретного устройства и сети. В промышленных цепях чаще всего измеряется в килоВаттах.

    Электротехника используется активную составляющую в качестве измерения передачи энергии отдельными электрическими приборами. Рассмотрим, сколько мощности потребляют некоторые из них:

    Исходя из всего, сказанного выше, активная мощность – это положительная характеристика конкретной электрической цепи, которая является одним из основных параметров для выбора электрических приборов и контроля расхода электричества.


    Обозначение реактивной составляющей:

    Это номинальная величина, которая характеризует нагрузки в электрических устройствах при помощи колебаний ЭМП и потери при работе прибора. Иными словами, передаваемая энергия переходит на определенный реактивный преобразователь (это конденсатор, диодный мост и т. д.) и проявляется только в том случае, если система включает в себя эту составляющую.

    Расчет

    Для выяснения показателя активной мощности, необходимо знать полную мощность, для её вычисления используется следующая формула:

    S = U \ I, где U – это напряжение сети, а I – это сила тока сети.

    Этот же расчет выполняется при вычислении уровня передачи энергии катушки при симметричном подключении. Схема имеет следующий вид:

    Расчет активной мощности учитывает угол сдвига фаз или коэффициент (cos φ), тогда:

    S = U * I * cos φ.

    Очень важным фактором является то, что эта электрическая величина может быть как положительной, так и отрицательной. Это зависит от того, какие характеристики имеет cos φ. Если у синусоидального тока угол сдвига фаз находится в пределах от 0 до 90 градусов, то активная мощность положительная, если от 0 до -90 – то отрицательная. Правило действительно только для синхронного (синусоидального) тока (применяемого для работы асинхронного двигателя, станочного оборудования).

    Также одной из характерных особенностей этой характеристики является то, что в трехфазной цепи (к примеру, трансформатора или генератора), на выходе активный показатель полностью вырабатывается.


    Максимальная и активная обозначается P, реактивная мощность – Q.

    Из-за того, что реактивная обуславливается движением и энергией магнитного поля, её формула (с учетом угла сдвига фаз) имеет следующий вид:

    Q L = U L I = I 2 x L

    Для несинусоидального тока очень сложно подобрать стандартные параметры сети. Для определения нужных характеристик с целью вычисления активной и реактивной мощности используются различные измерительные устройства. Это вольтметр, амперметр и прочие. Исходя от уровня нагрузки, подбирается нужная формула.

    Из-за того, что реактивная и активная характеристики связаны с полной мощностью, их соотношение (баланс) имеет следующий вид:

    S = √P 2 + Q 2 , и все это равняется U*I .

    Но если ток проходит непосредственно по реактивному сопротивлению. То потерь в сети не возникает. Это обуславливает индуктивная индуктивная составляющая – С и сопротивление – L. Эти показатели рассчитываются по формулам:

    Сопротивление индуктивности: x L = ωL = 2πfL,

    Сопротивление емкости: хc = 1/(ωC) = 1/(2πfC).

    Для определения соотношения активной и реактивной мощности используется специальный коэффициент. Это очень важный параметр, по которому можно определить, какая часть энергии используется не по назначению или «теряется» при работе устройства.

    При наличии в сети активной реактивной составляющей обязательно должен рассчитываться коэффициент мощности. Эта величина не имеет единиц измерения, она характеризует конкретного потребителя тока, если электрическая система содержит реактивные элементы. С помощью этого показателя становится понятным, в каком направлении и как сдвигается энергия относительно напряжения сети. Для этого понадобится диаграмма треугольников напряжений:

    К примеру, при наличии конденсатора формула коэффициента имеет следующий вид:

    cos φ = r/z = P/S

    Для получения максимально точных результатов рекомендуется не округлять полученные данные.

    Компенсация

    Учитывая, что при резонансе токов реактивная мощность равняется 0:

    Q = QL – QC = ULI – UCI

    Для того чтобы улучшить качество работы определенного устройства применяются специальные приборы, минимизирующие воздействие потерь на сеть. В частности, это ИБП. В данном приборе не нуждаются электрические потребители со встроенным аккумулятором (к примеру, ноутбуки или портативные устройства), но для большинства остальных источник бесперебойного питания является необходимым.

    При установке такого источника можно не только установить негативные последствия потерь, но и уменьшить траты на оплату электричества. Специалисты доказали, что в среднем, ИБП поможет экономить от 20 % до 50 %. Почему это происходит :

  • Провода меньше нагреваются, это не только положительно влияет на их работу, но и повышает безопасность;
  • У сигнальных и радиоустройств уменьшаются помехи;
  • На порядок уменьшаются гармоники в электрической сети.
  • В некоторых случаях специалисты используют не полноценные ИБП, а специальные компенсирующие конденсаторы. Они подходят для бытового использования, доступны и продаются в каждом электротехническом магазине. Для расчета планируемой и полученной экономии можно использовать все вышеперечисленные формулы.

    Мгновенная мощность p произвольного участка цепи, напряжение и ток которого изменяются по законуu =U m sin(t ), i = I m sin(t– ), имеет вид

    p = ui= U m sin(t )I m sin(t– ) = U m I m /2 =

    = U i cos – UI cos(2t – ) = (UI cos – UI cos cos2t ) – UI sin sin2t . (1)

    Активная мощность цепи переменного тока P определяется как среднее значение мгновенной мощностиp (t ) за период:

    так как среднее за период значение гармонической функции равно 0.

    Из этого следует, что средняя за период мощность зависит от угла сдвига фаз между напряжением и током и не равна нулю, если участок цепи имеет активное сопротивление. Последнее объясняет ее название активная мощность . Подчеркнем еще раз, что в активном сопротивлении происходит необратимое преобразование электрической энергии в другие виды энергии, например в тепловую. Активная мощность может быть определена как средняя за период скорость поступления энергии в участок цепи. Активная мощность измеряется в ваттах (Вт).

    Реактивная мощность

    При расчетах электрических цепей находит широкое применение так называемая реактивная мощность. Она характеризует процессы обмена энергией между реактивными элементами цепи и источниками энергии и численно равна амплитуде переменной составляющей мгновенной мощности цепи. В соответствии с этим реактивная мощность может быть определена из (1) как

    Q = UI sin.

    В зависимости от знака угла реактивная мощность может быть положительной или отрицательной. Единицу реактивной мощности, чтобы отличить ее от единицы активной, называют не ватт, а вольт-ампер реактивныйвар. Реактивные мощности индуктивного и емкостного элементов равны амплитудам их мгновенных мощностейp L иp C . С учетом сопротивленийэтих элементов реактивные мощности катушки индуктивности и конденсатора равныQ L =UI =x L I 2 иQ C =UI = x C I 2 , соответственно.

    Результирующая реактивная мощность разветвленной электрической цепи находится как алгебраическая сумма реактивных мощностей элементов цепи с учетом их характера (индуктивный или емкостный): Q =Q L –Q С. ЗдесьQ L есть суммарная реактивная мощность всех индуктивных элементов цепи, аQ С представляет собой суммарную реактивную мощность всех емкостных элементов цепи.

    Полная мощность

    Кроме активной и реактивной мощностей цепь синусоидального тока характеризуется полной мощностью, обозначаемой буквой S . Под полной мощностью участка понимают максимально возможную активную мощность при заданных напряженииU и токеI . Очевидно, что максимальная активная мощность получается при cos= 1, т. е. при отсутствии сдвига фаз между напряжением и током:

    S = UI.

    Необходимость во введении этой мощности объясняется тем, что при конструировании электрических устройств, аппаратов, сетей и т. п. их рассчитывают на определенное номинальное напряжение U ном и определенный номинальный токI ном и их произведениеU ном I ном = S ном дает максимально возможную мощность данного устройства (полная мощность S ном указывается в паспорте большинства электрических устройств переменного тока.). Для отличия полной мощности от других мощностей ее единицу измерения называют вольт-ампер и сокращенно обозначают ВА. Полная мощность численно равна амплитуде переменной составляющей мгновенной мощности.

    Из приведенных соотношений можно найти связь между различными мощностями:

    P = S cos, Q = S sin, S = UI =

    и выразить угол сдвига фаз через активную и реактивную мощности:

    .

    Рассмотрим простой прием, который позволяет найти активную и реактивную мощности участка цепи по комплексным напряжению и току. Он заключается в том, что нужно взять произведение комплексного напряжения и тока, комплексно сопряженного току рассматриваемого участка цепи. Операция комплексного сопряжения состоит в смене знака на противоположный перед мнимой частью комплексного числа либо в смене знака фазы комплексного числа, если число представлено в экспоненциальной форме записи. В результате получим величину, которая называетсяполной комплексной мощностью и обозначается. Если
    , то для полной комплексной мощности получаем:

    Отсюда видно, что активная и реактивная мощности представляют собой вещественную и мнимую части полной комплексной мощности, соответственно. Для облегчения запоминания всех формул, связанных с мощностями, на рис. 7, б (с. 38) построен треугольник мощностей.

    Мощностные характеристики установки или сети являются основными для большинства известных электрических приборов. Активная мощность (проходящая, потребляема) характеризует часть полной мощности, которая передается за определенный период частоты переменного тока.

    Определение

    Активная и реактивная мощность может быть только у переменного тока, т. к. характеристики сети (силы тока и напряжения) у постоянного всегда равны. Единица измерений активной мощности Ватт, в то время, как реактивной – реактивный вольтампер и килоВАР (кВАР). Стоит отметить, что как полная, так и активная характеристики могут измеряться в кВт и кВА, это зависит от параметров конкретного устройства и сети. В промышленных цепях чаще всего измеряется в килоВаттах.

    Электротехника используется активную составляющую в качестве измерения передачи энергии отдельными электрическими приборами. Рассмотрим, сколько мощности потребляют некоторые из них:

    Исходя из всего, сказанного выше, активная мощность – это положительная характеристика конкретной электрической цепи, которая является одним из основных параметров для выбора электрических приборов и контроля расхода электричества.


    Обозначение реактивной составляющей:

    Это номинальная величина, которая характеризует нагрузки в электрических устройствах при помощи колебаний ЭМП и потери при работе прибора. Иными словами, передаваемая энергия переходит на определенный реактивный преобразователь (это конденсатор, диодный мост и т. д.) и проявляется только в том случае, если система включает в себя эту составляющую.

    Расчет

    Для выяснения показателя активной мощности, необходимо знать полную мощность, для её вычисления используется следующая формула:

    S = U \ I, где U – это напряжение сети, а I – это сила тока сети.

    Этот же расчет выполняется при вычислении уровня передачи энергии катушки при симметричном подключении. Схема имеет следующий вид:

    Расчет активной мощности учитывает угол сдвига фаз или коэффициент (cos φ), тогда:

    S = U * I * cos φ.

    Очень важным фактором является то, что эта электрическая величина может быть как положительной, так и отрицательной. Это зависит от того, какие характеристики имеет cos φ. Если у синусоидального тока угол сдвига фаз находится в пределах от 0 до 90 градусов, то активная мощность положительная, если от 0 до -90 – то отрицательная. Правило действительно только для синхронного (синусоидального) тока (применяемого для работы асинхронного двигателя, станочного оборудования).

    Также одной из характерных особенностей этой характеристики является то, что в трехфазной цепи (к примеру, трансформатора или генератора), на выходе активный показатель полностью вырабатывается.


    Максимальная и активная обозначается P, реактивная мощность – Q.

    Из-за того, что реактивная обуславливается движением и энергией магнитного поля, её формула (с учетом угла сдвига фаз) имеет следующий вид:

    Q L = U L I = I 2 x L

    Для несинусоидального тока очень сложно подобрать стандартные параметры сети. Для определения нужных характеристик с целью вычисления активной и реактивной мощности используются различные измерительные устройства. Это вольтметр, амперметр и прочие. Исходя от уровня нагрузки, подбирается нужная формула.

    Из-за того, что реактивная и активная характеристики связаны с полной мощностью, их соотношение (баланс) имеет следующий вид:

    S = √P 2 + Q 2 , и все это равняется U*I .

    Но если ток проходит непосредственно по реактивному сопротивлению. То потерь в сети не возникает. Это обуславливает индуктивная индуктивная составляющая – С и сопротивление – L. Эти показатели рассчитываются по формулам:

    Сопротивление индуктивности: x L = ωL = 2πfL,

    Сопротивление емкости: хc = 1/(ωC) = 1/(2πfC).

    Для определения соотношения активной и реактивной мощности используется специальный коэффициент. Это очень важный параметр, по которому можно определить, какая часть энергии используется не по назначению или «теряется» при работе устройства.

    При наличии в сети активной реактивной составляющей обязательно должен рассчитываться коэффициент мощности. Эта величина не имеет единиц измерения, она характеризует конкретного потребителя тока, если электрическая система содержит реактивные элементы. С помощью этого показателя становится понятным, в каком направлении и как сдвигается энергия относительно напряжения сети. Для этого понадобится диаграмма треугольников напряжений:

    К примеру, при наличии конденсатора формула коэффициента имеет следующий вид:

    cos φ = r/z = P/S

    Для получения максимально точных результатов рекомендуется не округлять полученные данные.

    Компенсация

    Учитывая, что при резонансе токов реактивная мощность равняется 0:

    Q = QL – QC = ULI – UCI

    Для того чтобы улучшить качество работы определенного устройства применяются специальные приборы, минимизирующие воздействие потерь на сеть. В частности, это ИБП. В данном приборе не нуждаются электрические потребители со встроенным аккумулятором (к примеру, ноутбуки или портативные устройства), но для большинства остальных источник бесперебойного питания является необходимым.

    При установке такого источника можно не только установить негативные последствия потерь, но и уменьшить траты на оплату электричества. Специалисты доказали, что в среднем, ИБП поможет экономить от 20 % до 50 %. Почему это происходит :

  • Провода меньше нагреваются, это не только положительно влияет на их работу, но и повышает безопасность;
  • У сигнальных и радиоустройств уменьшаются помехи;
  • На порядок уменьшаются гармоники в электрической сети.
  • В некоторых случаях специалисты используют не полноценные ИБП, а специальные компенсирующие конденсаторы. Они подходят для бытового использования, доступны и продаются в каждом электротехническом магазине. Для расчета планируемой и полученной экономии можно использовать все вышеперечисленные формулы.

    Россети Урал – ОАО «МРСК Урала»

    Согласие на обработку персональных данных

    В соответствии с требованиями Федерального Закона от 27.07.2006 №152-ФЗ «О персональных данных» принимаю решение о предоставлении моих персональных данных и даю согласие на их обработку свободно, своей волей и в своем интересе.

    Наименование и адрес оператора, получающего согласие субъекта на обработку его персональных данных:

    ОАО «МРСК Урала», 620026, г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 140 Телефон: 8-800-2200-220.

    Цель обработки персональных данных:

    Обеспечение выполнения уставной деятельности «МРСК Урала».

    Перечень персональных данных, на обработку которых дается согласие субъекта персональных данных:

    • — фамилия, имя, отчество;
    • — место работы и должность;
    • — электронная почта;
    • — адрес;
    • — номер контактного телефона.

    Перечень действий с персональными данными, на совершение которых дается согласие:

    Любое действие (операция) или совокупность действий (операций) с персональными данными, включая сбор, запись, систематизацию, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передачу, обезличивание, блокирование, удаление, уничтожение.

    Персональные данные в ОАО «МРСК Урала» могут обрабатываться как на бумажных носителях, так и в электронном виде только в информационной системе персональных данных ОАО «МРСК Урала» согласно требованиям Положения о порядке обработки персональных данных контрагентов в ОАО «МРСК Урала», с которым я ознакомлен(а).

    Согласие на обработку персональных данных вступает в силу со дня передачи мною в ОАО «МРСК Урала» моих персональных данных.

    Согласие на обработку персональных данных может быть отозвано мной в письменной форме. В случае отзыва согласия на обработку персональных данных.

    ОАО «МРСК Урала» вправе продолжить обработку персональных данных при наличии оснований, предусмотренных в п. 2-11 ч. 1 ст. 6 Федерального Закона от 27.07.2006 №152-ФЗ «О персональных данных».

    Срок хранения моих персональных данных – 5 лет.

    В случае отсутствия согласия субъекта персональных данных на обработку и хранение своих персональных данных ОАО «МРСК Урала» не имеет возможности принятия к рассмотрению заявлений (заявок).

    Коэффициент мощности – Обзор

    Дата публикации: 25 сентября 2020 г. Последнее обновление: 25 сентября 2020 г. Абдур Рехман

    Мы часто слышим термин «коэффициент мощности» в системах электроснабжения. Но как мы определяем «коэффициент мощности» в электрическом мире?

    В этой статье мы подробно обсудим фактор мощности, включая его значение, неблагоприятные факторы, расчеты и несколько методов повышения мощности.

    Коэффициент мощности:

    Коэффициент мощности можно определить как соотношение между реальной мощностью (Вт) и полной мощностью (ВА).Проще говоря, он показывает, насколько эффективно ваше устройство использует электроэнергию. Мы уже знаем, что полная мощность представляет собой комбинацию активной мощности (кВт) и реактивной мощности (кВАР).

    👉🏼 Мы запустили новый курс, т. е. IEEE 1584-2018 (Руководство по расчету опасности вспышки дуги) . В этом курсе мы рассказали о введении, истории и некоторых основных изменениях в утвержденном стандарте IEEE 1584-2018. В настоящее время мы предлагаем скидку 50% в течение ограниченного времени.Мы надеемся, что вы присоединитесь к нам и получите от этого пользу.

    Аналогия с пивом:

    Простая диаграмма может быть проиллюстрирована для понимания коэффициента мощности с учетом следующей аналогии. Сочетание пригодного для питья пива (кВт) и пены (кВАр) внутри кружки представляет собой кажущуюся мощность (кВА). Тем не менее, коэффициент мощности – это просто отношение реальной мощности (кВт) к полной мощности (кВА) и представлено следующей формулой: PF = кВт / кВА. Используя нашу аналогию с пивом , , вы можете написать формулу следующим образом:

    PF = Пиво  / Питьевой Пиво  + Пена


    Силовой треугольник:

    Поскольку полная мощность состоит из двух частей: резистивной мощности (мощность, совпадающая по фазе, в ваттах) и реактивной мощности (мощность, совпадающая по фазе, в вольт-амперах), мы можем показать векторное сложение этих двух силовые компоненты в виде силового треугольника   .

    Треугольник силы состоит из четырех частей: P, Q, S и θ.

    Три элемента, составляющие мощность в цепи переменного тока, могут быть представлены графически тремя сторонами прямоугольного треугольника, как предыдущий треугольник импеданса. Горизонтальная (прилегающая) сторона представляет реальную мощность цепи (P), вертикальная (противоположная) сторона представляет собой реактивную мощность цепи (Q), а гипотенуза представляет результирующую полную мощность (S) треугольника мощности, как показано ниже.

    Силовой треугольник цепи переменного тока:


    • Где:
    • P  это I 2 *R или реальная мощность, которая выполняет работу, измеряемую в ваттах, Вт
    • Q  является I 2 *X или Реактивная мощность, измеренная в реактивных вольт-амперах, ВАр
    • S  I 2 *Z или Полная мощность, измеренная в вольт-амперах, ВА
    • Φ — фазовый угол в градусах. Чем больше фазовый угол, тем больше реактивная мощность
    • Cos(Φ) = P/S = Вт/ВА = коэффициент мощности, п.ф
    • Sin(Φ) = Q/S = ВАр/ВА
    • Tan(Φ) = Q/P = VAr/Вт

    Коэффициент мощности рассчитывается как отношение действительного P к к кажущемуся P к , поскольку отношение равно cos(Φ).

    Низкий коэффициент мощности в основном вызван огромной индуктивной нагрузкой, которая вызывает увеличение реактивной мощности, что в конечном итоге снижает коэффициент мощности.Как обсуждалось выше, более низкий коэффициент мощности не позволяет эффективно использовать электроэнергию. С промышленной точки зрения такой низкий коэффициент мощности приводит к следующим причинам.

    Здравствуйте! На связанную тему мы ранее писали в блоге об POWER FLOW ANALYSIS.  Если это вас заинтересует, проверьте это и сообщите нам, что вы думаете

    Причины низкого коэффициента мощности:

    Основной причиной низкого коэффициента мощности является индуктивная нагрузка. Ток отстает на 90° от напряжения в чисто индуктивной цепи.Эта огромная разница в фазовом угле между током и напряжением приводит к нулевому коэффициенту мощности.

    Все цепи, имеющие емкость или индуктивность, имеют коэффициент мощности из-за разницы фазового угла (θ) между током и напряжением. Исключением из этого правила являются резонансные цепи (также называемые настроенными цепями), в которых индуктивное сопротивление равно емкостному сопротивлению (XL = Xc), поэтому цепь становится резистивной.

    Ниже приведены причины низкого коэффициента мощности:

    1. Однофазные и трехфазные асинхронные двигатели.Обычно асинхронный двигатель работает при низком коэффициенте мощности, т. е. при:
    2. .

    Полная нагрузка, Pf = 0,8 -0,9

    Малая нагрузка, Pf = 0,2 -0,3

    Нет нагрузки, Pf может упасть до нуля (0)

    2. Переменная нагрузка в энергосистеме (когда энергосистема слабо загружена, отношение активной мощности к реактивной мощности уменьшается, что приводит к уменьшению коэффициента мощности).

    3. Печи промышленные отопительные.

    4. Электроразрядные лампы (разрядное освещение высокой интенсивности) Дуговые лампы (работающие с очень низким коэффициентом мощности).

    5. Трансформаторы.

    6. Гармонические токи.

    Коэффициент мощности Единица измерения:

    Поскольку коэффициент мощности представляет собой отношение активной мощности к полной мощности, он не имеет единицы измерения. Тем не менее, это количественная мера того, сколько эффективной мощности используется без единицы измерения.

    Расчет коэффициента мощности:

    Необходимо знать, что коэффициент мощности рассчитывается только для переменного тока и цепей как для однофазных, так и для трехфазных.Ниже приведены некоторые полезные формулы, которые могут помочь в расчете коэффициента мощности однофазной и трехфазной цепи.

      Однофазный Трехфазный L-L Трехфазный L-N
    Основной расчет PF = |cos φ| = 1000 × P (кВт) / (V (В) × I (А) ) PF = |cos φ| = 1000 × P (кВт) / (√3 × V L-L (В) × I (A) ) PF = |cos φ| = 1000 × P (кВт) / (3 × V L-N(V) × I (A) )
    Полная мощность |S (кВА) | = В (В) × I (А) / 1000 |S (кВА) | = √3 × V L-L(V) × I (A) / 1000 |S (кВА) | = 3 × V L-N(V) × I (A) / 1000
    Реальная мощность Q ( кВАр ) = √(|S (кВА) | 2 – P (кВт) 2 ) Q ( кВАр) = √(|S (кВА) | 2 – P (кВт) 2 ) Q ( кВАр ) = √(|S (кВА) | 2 – P (кВт) 2 )
    Емкость конденсатора S Исправлено (KVA) = P (кВт) / PF Исправлено / PF Q Исправлено ( KVAR ) = √ (S Исправлено 2 – P (кВт) 2 )
    Q C ( KVAR ) = Q ( KVAR ) – Q Исправлено ( KVAR 0 )
    C (F) = 1000 × Qc ( кВАр ) / (2πf (Гц) ×V (В) 2 )
    QC ( KVAR ) = Q ( Kvar ) – Q ( Kvar )
    C (F) = 1000 × QC ( кВАр ) / (2πf (Гц) ×В LL(В) 2 )
    Q C 10149 ( KVAR ) = Q ( KVAR ) – Q Исправлено (KVAR )
    C (F) = 1000 × Q C ( кВАр ) / (3×2πf (Гц) ×В LN(В) 2 )

    Коррекция коэффициента мощности:

    Коррекция коэффициента мощности может определяться как метод улучшения значения коэффициента мощности, чтобы оно достигло единицы или близкого к единице значения , таким образом, чтобы угол между напряжением и током уменьшался.Ниже приведены факторы, которые необходимо учитывать при выполнении коррекции коэффициента мощности в трех основных условиях:

    • При проектировании источника переменного тока, например генератора, необходимо убедиться, что он выдержит указанный диапазон коэффициентов мощности нагрузки. В качестве альтернативы может потребоваться указать минимально допустимый коэффициент мощности оборудования, питающегося от этого источника. Например, емкостная нагрузка может сделать электрический генератор нестабильным.
    • При проектировании блока питания для электронных устройств с питанием от сети переменного тока вам, возможно, придется соблюдать ограничения коэффициента мощности и гармоник, предусмотренные применимыми стандартами и/или особыми требованиями к источнику питания выше.Обычно это достигается путем введения активной или пассивной схемы коррекции коэффициента мощности (PFC) внутри источника питания.
    • Когда вы имеете дело с электрической системой на промышленном или коммерческом объекте, где указаны характеристики нагрузки, вам может потребоваться добавить внешние компоненты (например, конденсаторы PFC), чтобы поднять коэффициент мощности до приемлемого уровня и избежать дополнительных расходов или штрафов.

    Важность коррекции коэффициента мощности:

    Низкий коэффициент мощности может быть проблемой как для потребителей, так и для генерирующих предприятий/станций, поэтому его улучшение жизненно важно для обоих:

    Для потребителей : Потребитель оплачивает счет на основе двух факторов; во-первых, это его максимальная потребность в кВА и потребляемых единицах.Когда коэффициент мощности низкий, это приводит к увеличению максимальной потребляемой мощности (кВА), что приводит к увеличению счета. Вот почему выполняется коррекция коэффициента мощности, чтобы уменьшить общую сумму счета и годовую экономию.

    Для Генераторные станции : Номинальная мощность генераторов указывается в кВА, но полезной выходной мощностью является только кВт. Поскольку выходная мощность станции составляет кВт = кВА x cos Φ, коэффициент мощности определяет количество вырабатываемых единиц. Желательно, чтобы коэффициент мощности был как можно выше для высокой мощности в киловатт-часах, поскольку это повышает стоимость и пропускную способность станции.

    Принципы сбалансированных систем, как коэффициент мощности влияет на производительность систем и методы, которые мы можем использовать для улучшения коэффициента мощности. Ознакомьтесь с курсом «Основы анализа энергосистем» , в котором мы кратко обсудили «Введение в коэффициент мощности».

    Удовлетворение возросшего спроса на электростанции в кВт:

    Полезная мощность электростанции – это количество кВт, отдаваемое ею в систему снабжения. Иногда от электростанции требуется поставлять больше кВт, чтобы удовлетворить растущий спрос на электроэнергию.Этого можно добиться любым из следующих двух способов:

    1. За счет увеличения мощности электростанции в кВА при том же коэффициенте мощности (скажем, cos Φ1). Очевидно, что для увеличения мощности станции в киловаттах потребуются дополнительные затраты.
    2. Путем повышения коэффициента мощности станции с cos Φ1 до cos Φ2 без увеличения мощности станции в кВА. Это также потребует дополнительных затрат на оборудование для коррекции коэффициента мощности.

    Знание коэффициента мощности очень важно для любой электроэнергетической системы, поскольку он показывает количество энергии, затрачиваемой ею впустую (реактивная мощность) и потребляемой (активная мощность).Принятие корректирующих мер приведет к снижению потерь электроэнергии, повышению стабильности напряжения и, в конечном итоге, к снижению счетов за электроэнергию.


    • Об авторе

      Абдур Рехман — профессиональный инженер-электрик с более чем восьмилетним опытом работы с оборудованием от 208 В до 115 кВ как в сфере коммунального хозяйства, так и в промышленной и коммерческой сфере. Он уделяет особое внимание защите энергетических систем и инженерным исследованиям.

    Коэффициент мощности и тарифы на коммунальные услуги

    {Нажмите здесь, чтобы открыть PDF-версию}

    В общих чертах, Коэффициент мощности — это мера того, насколько эффективно электроэнергия используется у потребителя. Предположение коммунального предприятия о том, что коэффициент мощности потребителя близок к 1,0 («единичный коэффициент мощности»), вводит небольшой риск операций и тарифообразования для большинства классов тарифов. Однако из-за характера нагрузки на промышленных объектах коммунальное предприятие не может сделать такое же предположение для больших классов тарифов на электроэнергию.Поскольку нагрузки большой мощности с плохим коэффициентом мощности потребляют больший ток и увеличивают нагрузку на источник питания, а также на систему передачи и распределения, многие коммунальные предприятия взимают плату или «штраф за коэффициент мощности» в счетах промышленных потребителей. когда их коэффициент мощности падает ниже заданного порога.

    Не существует общепринятой методики определения соответствующего коэффициента мощности для промышленных объектов; в США не существует единого национального стандарта, основанного на инженерных принципах или стандартах эксплуатации электроэнергетических систем.S. Многие коммунальные предприятия установили минимальный коэффициент мощности для своих промышленных потребителей; они устанавливаются по усмотрению коммунальных предприятий и обычно документируются в их тарифах, правилах или положениях.

    Коммунальные предприятия США применяют несколько различных форм штрафов за коэффициент мощности. Целью этих тарифных структур является компенсация коммунальному предприятию дополнительных затрат, связанных с обеспечением повышенного тока, компенсацией дополнительных потерь и иным образом покрытия расходов, связанных с влиянием низкого коэффициента мощности на электрическую систему.Наиболее подходящая структура ставок для платы за коэффициент мощности должна определяться на основе индивидуальных соображений рассматриваемого случая, включая состав промышленных нагрузок на территории обслуживания, исторические показатели коэффициента мощности этих нагрузок, общие затраты на коммунальные услуги, нормативный прецедент, и другие факторы.

    Фон

    Коэффициент мощности при работе электрической системы

    Электрическая мощность в цепи переменного тока состоит из трех компонентов. Реальной мощностью считается мощность, производящая работу, измеряемая в ваттах (Вт) или киловаттах (кВт). Например, реальная мощность производит механическую мощность двигателя. Реактивная мощность не производит работу, но необходима для работы оборудования и измеряется в реактивных вольт-амперах (ВАР) или киловарах (кВАР). Полная мощность представляет собой векторную сумму активной мощности и реактивной мощности, измеренную в вольт-амперах (ВА) или киловольт-амперах (кВА).

    Коэффициент мощности представляет собой отношение активной мощности к полной мощности и показывает, сколько реальной мощности потребляет электрическое оборудование.Это мера того, насколько эффективно используется электроэнергия. Коэффициент мощности также равен косинусу фазового угла между осциллограммами напряжения и тока. Коэффициент мощности по определению попадает в числовой диапазон от 0 до 1 и часто описывается в процентах.

    Цепи переменного тока, содержащие чисто резистивные нагревательные элементы (лампы накаливания, кухонные плиты и т. д.), имеют коэффициент мощности 1,0 (или 100%). Формы напряжения и тока синусоидальны и остаются ступенчатыми (или синфазными), меняя полярность в один и тот же момент в каждом цикле.Вся мощность, поступающая в нагрузку, потребляется; в нагрузке не запасается энергия.

    Цепи переменного тока, содержащие индуктивные элементы (электродвигатели, электромагнитные клапаны, балласты ламп и др.), часто имеют коэффициент мощности ниже 1,0. Для этих цепей, где присутствуют индуктивные нагрузки, накопление энергии в нагрузках приводит к разнице во времени между формами тока и напряжения. Во время каждого цикла переменного напряжения дополнительная энергия, в дополнение к любой энергии, потребляемой в нагрузке, временно сохраняется в нагрузке в электрических или магнитных полях, а затем возвращается в энергосистему на доли секунды позже в цикле.Приливы и отливы этой реактивной мощности увеличивают ток в линии. Таким образом, цепь с низким коэффициентом мощности будет использовать более высокие токи для передачи заданного количества активной мощности, чем цепь с высоким коэффициентом мощности.

    Возьмем, к примеру, промышленного потребителя, использующего асинхронный двигатель на определенном объекте. Асинхронные двигатели преобразуют не более 80–90 % подаваемой мощности в полезную работу или электрические потери. Оставшаяся мощность используется для создания электромагнитного поля в двигателе.Поле попеременно расширяется и сжимается (один раз в каждом цикле), поэтому мощность, потребляемая полем в один момент, возвращается в систему электроснабжения в следующий момент. Следовательно, средняя мощность, потребляемая полем, равна нулю. Реактивная мощность не регистрируется на киловатт-часах или киловаттметрах. Ток намагничивания создает реактивную мощность. Хотя он не выполняет никакой полезной работы, он циркулирует между генератором и нагрузкой и увеличивает нагрузку на источник энергии, а также на систему передачи и распределения.

    Иными словами, когда коммунальное предприятие обслуживает объект с низким коэффициентом мощности, оно должно обеспечивать более высокие уровни тока для обслуживания данной нагрузки. Многие промышленные нагрузки являются индуктивными, например, двигатели, трансформаторы, балласты люминесцентного освещения, силовая электроника и индукционные печи. Эти типы нагрузок потребляют более высокие токи и могут влиять на работу коммунального предприятия следующим образом:

    • Увеличение потерь в линии
    • Неиспользуемая генерирующая мощность
    • Неиспользуемая распределительная / трансформаторная мощность
    • Снижение общей эффективности системы
    • Увеличение максимальной потребности
    • Повышенное техническое обслуживание оборудования и машин

    Повышение коэффициента мощности может привести к следующему:

    • Снижение затрат на электроэнергию
    • Снижение потерь при передаче и распределении
    • Более высокое и качественное регулирование напряжения
    • Увеличенная мощность, доступная для обслуживания фактических потребностей в рабочей мощности
    • Снижение непроизводительной нагрузки на систему

    Коэффициент мощности при нормировании

    Большинство коммунальных предприятий основывают свои платежи на реальной мощности – т.е.е. плата за спрос на кВт (или реальная мощность в пиковые периоды) и плата за энергию за потребленные кВтч (или реальная мощность за каждый час). Также обратите внимание, что реактивная составляющая тока не регистрируется на киловатт-часах или киловаттметрах. По этим причинам многие коммунальные предприятия вводят элемент оплаты за коэффициент мощности для возмещения затрат, связанных с общей мощностью, которую они должны поставить данному потребителю.

    По мере снижения коэффициента мощности система становится менее эффективной. Например, если реальная потребность в мощности на двух электростанциях одинакова, но у одной из них коэффициент мощности равен 0.85, а другой имеет коэффициент мощности 0,70, коммунальное предприятие должно обеспечить на 21% больше тока для второй станции, чтобы удовлетворить спрос. Без элемента выставления счетов за коэффициент мощности коммунальное предприятие будет получать от второй станции не больше дохода, чем от первой, даже несмотря на то, что обслуживание второй станции ложится на коммунальное предприятие более значительным бременем затрат, чем обслуживание первой станции. С точки зрения потребителя, трансформаторам и кабелю на втором заводе потребуется на 21% больше пропускной способности по току, а коммунальному предприятию потребуется подавать больший ток на второй завод в режиме реального времени для предоставления услуг.

    Таким образом, в качестве средства компенсации бремени подачи дополнительного тока многие коммунальные предприятия устанавливают в своих тарифных планах штраф за коэффициент мощности, особенно для крупных промышленных потребителей.

    Стандарты

    В США не существует единого стандарта для коэффициента мощности коммерческих или промышленных объектов, подключенных к энергосистеме. Не существует общепринятой методики определения минимального или целевого коэффициента мощности объекта на основе инженерных принципов или стандартов эксплуатации электроэнергетических систем.

    Некоторые коммунальные предприятия устанавливают минимальный коэффициент мощности в качестве эксплуатационного требования в соответствии со своими правилами и положениями, утвержденными регулирующими органами (для коммунальных предприятий, принадлежащих инвесторам, и других регулируемых коммунальных предприятий), городскими советами (для муниципальных коммунальных предприятий) или советами директоров (для электрических кооперативов). ). Теория, лежащая в основе этого подхода, заключается в том, что минимальный коэффициент мощности необходим для защиты всей системы передачи и/или распределения от помех, гармоник или других событий, происходящих на объекте потребителя, которые могут привести к срабатыванию схем защитной релейной защиты коммунального предприятия и инициировать отключения на сети. сетка.Однако эти минимумы не основаны на опубликованном стандарте или другом общепринятом инженерном кодексе. По большей части эти минимумы устанавливаются по усмотрению коммунального предприятия (при условии утверждения соответствующим органом).

    Альтернативы

    Несмотря на то, что не существует стандартного требования к коэффициенту мощности, установленного для крупных энергетических объектов, существует небольшое количество различных структур выставления счетов, которые обычно применяются электроэнергетическими предприятиями для компенсации коэффициента мощности.

    Один из способов заключается в том, чтобы коммунальное предприятие установило минимальный коэффициент мощности и взимало с клиента дополнительную сумму, если коэффициент мощности клиента падает ниже минимального значения. Обычно устанавливается минимальный коэффициент мощности от 0,80 до 0,95. Когда коэффициент мощности потребителя (определяемый в месячный пик с помощью соответствующих измерений) падает ниже минимального значения, коммунальное предприятие корректирует общую выставляемую счетом потребность в соответствии с отношением минимального коэффициента мощности к фактическому коэффициенту мощности. В качестве альтернативы коммунальное предприятие может использовать скользящую (нелинейную) шкалу, чтобы счета корректировались по определенной скалярной величине в зависимости от фактического коэффициента мощности; обычно чем ниже коэффициент мощности, тем выше эскалатор и, следовательно, штраф.

    Еще один способ, которым некоторые коммунальные предприятия взимают надбавку за низкий коэффициент мощности, заключается в взимании платы за кВА (полную мощность), а не за кВт (реальную мощность). Для этого требуются другие технологии измерения и может потребоваться модификация готовых систем выставления счетов для учета единиц выставления счетов, отличных от кВт. Это позволяет избежать любой оценки суммы штрафа путем выставления счетов потребителю за полную мощность, которая в любом случае включает влияние коэффициента мощности. Однако измерение для этого подхода может быть более дорогостоящим.

    Другие коммунальные предприятия используют сбалансированную методологию, использующую выставление счетов за кВт, которая предоставляет клиентам кредит за высокий коэффициент мощности или штраф за низкий коэффициент мощности. Коммунальное предприятие устанавливает целевой коэффициент мощности; если фактический коэффициент мощности превышает это целевое значение, предоставляется кредит в счете, а если фактический коэффициент мощности падает ниже целевого значения, налагается штраф. Этот подход иногда используется с полосой пропускания, близкой к целевому коэффициенту мощности. Хотя этот подход является разумным и сбалансированным, он менее распространен; чаще всего коммунальные предприятия налагают штраф за низкий коэффициент мощности и отказываются от кредита за коэффициенты мощности выше целевого или минимального, установленного коммунальным предприятием.

    Как правило, коммунальные предприятия налагают штрафы за коэффициент мощности или кредитуют только своих крупных коммерческих и промышленных потребителей. Теоретически все классы потребителей имеют коэффициент мощности меньше единицы; однако коммунальные службы обычно не учитывают штраф за коэффициент мощности для непромышленных классов потребителей (особенно жилых и небольших коммерческих) по нескольким причинам:

    • Затраты на учет чрезмерно высоки
    • Относительный размер клиентской нагрузки мал (т.е. изменения коэффициента мощности несущественны)
    • Большое разнообразие коэффициентов мощности внутри класса (т. е. колебания коэффициентов мощности многочисленных отдельных потребителей компенсируют друг друга)

    Оценка

    Чтобы правильно определить, какой метод компенсации коэффициента мощности наиболее подходит для конкретной коммунальной службы, коммунальная служба должна оценить несколько факторов. К ним относятся, но не ограничиваются следующим:

    1. Действует ли в настоящее время коммунальное предприятие взимание/кредитование коэффициента мощности?
    2. Составляют ли крупные потребители электроэнергии значительную часть клиентской базы коммунального предприятия?
    3. Потребители с большой мощностью исторически работали хорошо или плохо с точки зрения коэффициента мощности?
    4. Указывают ли исторические данные коэффициента мощности на необходимость изменения?
    5. Может ли коммунальное предприятие оценить влияние потребителей с низким коэффициентом мощности на его планирование и деятельность? В частности, происходят ли отказы оборудования или техническое обслуживание объектов, расположенных в непосредственной близости от крупных потребителей электроэнергии, с большей частотой по сравнению со всей системой? Есть ли у инженеров коммунальных служб какой-либо анализ или другая информация, свидетельствующая о том, что низкий коэффициент мощности отрицательно влияет на инфраструктуру коммунальных служб?
    6. Является ли разумной альтернативой расчет на кВА или кВАр? Каковы дополнительные затраты на необходимые измерения? Может ли система выставления счетов за коммунальные услуги использовать этот метод?
    7. Если коммунальное предприятие регулируется, каков прецедент регулирования в отношении штрафов за коэффициент мощности? Предусмотрел ли регулирующий орган конкретный метод? Предложили ли другие утилиты методы, которые были приняты или отклонены? Какая поддержка принятых методов требовалась регулятору?
    8. Как реализация той или иной методологии повлияет на удовлетворенность клиентов? Окажет ли это значительное влияние на затраты крупных клиентов? Будет ли это порождать официальные жалобы? Каковы последствия для связей с общественностью?

    Многие из этих соображений носят скорее качественный, чем количественный характер.Все это следует рассматривать на комплексной основе при формулировании рекомендуемого подхода к начислению или кредиту коэффициента мощности в области тарифообразования.

    Рекомендация

    Как правило, коммунальное предприятие должно внедрить структуру тарифообразования, позволяющую возмещать затраты, связанные с колебаниями коэффициента мощности. Наиболее предпочтительным методом является выставление счетов за кВА, так что изменения коэффициента мощности «встроены» в значение полной мощности, используемое для целей выставления счетов.Однако этот метод может быть непомерно дорогим в зависимости от требуемого измерения, любых необходимых изменений в системах выставления счетов и количества затронутых клиентов. Если требуется выставление счетов за кВт, обычно рекомендуются методы, которые устанавливают базовый или целевой коэффициент мощности, а затем масштабируют выставляемый счет в сторону увеличения для низкого коэффициента мощности или уменьшения для благоприятного коэффициента мощности.

    В частности, любая коммунальная служба, рассматривающая свои варианты взимания платы или кредита за коэффициент мощности, должна оценить все вопросы, отмеченные в предыдущем разделе, и рассмотреть их все на комплексной основе при определении наилучшего подхода для этой конкретной коммунальной службы в отношении платы или кредита за коэффициент мощности. цели тарифообразования.

    Понимание коэффициента мощности с использованием лошади и железнодорожного вагона

    Простая аналогия — лучший способ понять коэффициент мощности. Прежде чем читать эту статью, прочтите, что такое коэффициент мощности. Аналогия с пивной кружкой уже объяснена здесь.

    На рисунке лошадь тянет вагон по железнодорожному полотну. Железнодорожные шины неровные, поэтому лошадь должна тянуть вагон со стороны пути. Лошадь тянет вагон под углом к ​​направлению движения вагона.

     

    • Мощность, необходимая для движения вагона по рельсам, равна рабочей реальной мощности (кВт). Усилие лошади – это полная или кажущаяся мощность (кВА).

     

    • Из-за угла тяги лошади не все ее усилия расходуются на движение вагона по рельсам. Вагон не будет двигаться боком, следовательно, боковая тяга лошади — это потраченное впустую усилие — нерабочая или реактивная мощность (кВАр).

     

    • Угол тяги лошади связан с коэффициентом мощности, который определяется как отношение реальной мощности к кажущейся (полной) мощности.

     

    Если лошадь вести ближе к центру следа, угол боковой тяги уменьшается и реальная мощность приближается к значению кажущейся мощности. Поэтому отношение активной мощности к полной мощности (коэффициент мощности) приближается к единице. Когда коэффициент мощности приближается к единице, реактивная (нерабочая) мощность приближается к нулю.

     

    В идеальной аналогии с лошадью, тянущей вагон, если реактивная мощность (кВАр) близка к нулю, то реальная мощность (кВт) и полная мощность (кВА) будут почти равны, что означает, что лошадь не будет тратить столько энергии, тяня за собой вагон. машина.Угол, образованный между реальной и кажущейся мощностью, будет приближаться к нулю. Тогда косинус угла будет приближаться к единице, в результате чего коэффициент мощности будет приближаться к единице.

     

    Чем ближе коэффициент мощности системы к единице, тем эффективнее система.

    Треугольник власти

    Один из способов проиллюстрировать взаимосвязь между активной мощностью, полной мощностью, реактивной мощностью и коэффициентом мощности — это треугольник мощности. Как видно, только 70% тока, вырабатываемого электроэнергетическими компаниями, используется для производства работы.

     

    Например, . с помощью показанного треугольника мощности. если Реальная мощность = 100 кВт и Полная мощность = 142 кВА 

     

    , затем Коэффициент мощности = 100/142 = 0,70 или 70%.

     

     

     

    Это указывает на то, что только 70% тока, обеспечиваемого электросетью, используется для выполнения полезной работы.

    Коэффициент мощности и конденсаторы — PetroWiki

    Электрическая мощность, необходимая для привода двигателя, состоит из трех компонентов: реактивная мощность ( P r , кВАр), активная мощность ( P a 90) , и полная мощность ( P ap , кВА).Активная мощность — это фактический объем работы, выполняемой двигателем, и измеряется в целях выставления счетов. Реактивная мощность — это мощность, необходимая для намагничивания обмотки двигателя или для создания магнитного потока, и она не регистрируется. Полная мощность представляет собой векторную сумму киловатт и киловаров и представляет собой общее количество энергии, поставляемой коммунальной компанией.

    Властные отношения

    Треугольники мощности, показанные на рис. 1 , иллюстрируют взаимосвязь между этими терминами.

    • Рис. 1 — Треугольники мощности (любезно предоставлено AMEC Paragon).

    Коэффициент мощности

    Коэффициент мощности ( F p ) представляет собой отношение активной мощности к полной мощности:

    ( Уравнение 1 )

    Коэффициент мощности является «ведущим» для нагрузок с большей емкостной нагрузкой и «отстающим» для нагрузок с большей индуктивностью (например, обмотки двигателя или трансформатора). При чисто резистивной нагрузке F ops = 1 (единица), так что P a = P ap ap реактивной мощности (кВт = ap ) .Когда F p < единицы, реактивная мощность присутствует, и для выполнения работы требуется больше мощности, как показано в следующем уравнении:

    ( Уравнение 2 )

    Реактивная мощность

    Реактивная мощность двигателя примерно одинакова от холостого хода до полной нагрузки. Когда двигатель работает с полной нагрузкой, отношение активной/реактивной мощностей велико, и, следовательно, коэффициент мощности двигателя высок. Малонагруженный двигатель имеет низкое отношение активной/реактивной мощности, что приводит к низкому коэффициенту мощности.При низких коэффициентах мощности от энергоснабжающей компании потребуется больше мощности, чем фактически требуется нагрузке. Это приводит к более высокой стоимости энергии и необходимости в более крупных генерирующих установках и трансформаторах. Некоторые коммунальные предприятия взимают со своих клиентов существенный штраф за низкий коэффициент мощности (обычно <0,95). Кроме того, низкие коэффициенты мощности могут привести к большему падению напряжения в системе, из-за чего двигатели будут работать вяло, а освещение станет тусклым.

    Важно, чтобы коэффициент мощности системы поддерживался как можно выше (близок к единице).Удаление реактивной мощности из системы может сделать это возможным. Для этой цели используются конденсаторы для коррекции коэффициента мощности. Для намагничивания двигателю требуется индуктивная или отстающая реактивная мощность. Конденсаторы обеспечивают емкостную или ведущую реактивную мощность, которая компенсирует отстающую реактивную мощность при использовании для улучшения коэффициента мощности. Треугольники мощности в Рис. 2 показывают, как конденсаторы могут улучшить коэффициент мощности двигателя. Улучшенный коэффициент мощности изменяет ток, требуемый от энергоснабжающей компании, но не тот, который требуется двигателю.

    • Рис. 2—Треугольник мощности, показывающий коррекцию коэффициента мощности.

    [1]

    Конденсаторы

    Конденсаторы не следует выбирать в качестве средства коррекции низких коэффициентов мощности, возникающих в результате слишком больших двигателей или несбалансированных насосных агрегатов. Выбор конденсатора для этой цели может привести к чрезмерной коррекции, что может привести к опережающему коэффициенту мощности. Опережающий коэффициент мощности, в свою очередь, может вызвать перенапряжения, которые вызовут отказ компонентов управления или отказ силового кабеля.Этой потенциальной проблемы обычно можно избежать, подключив конденсаторы после контакторов двигателя и включив и выключив их вместе с контакторами двигателя.

    Конденсаторы коррекции коэффициента мощности могут быть применены к каждому отдельному двигателю для корректировки коэффициента мощности этого двигателя или могут быть отдельными блоками, подключенными к главной шине распределительного устройства. В последнем случае блок должен иметь схемы измерения коэффициента мощности, которые автоматически определяют величину емкости, необходимую для поддержания заданного коэффициента мощности.Необходимое количество конденсаторов автоматически добавляется или удаляется из шины распределительного устройства для поддержания требуемого коэффициента мощности.

    Циклическая нагрузка в кВт на двигатель насосного агрегата может вызвать изменение коэффициента мощности от 1,0 почти до нуля, если существуют чрезмерные неблагоприятные условия перекачки.

    Номенклатура

    F р = коэффициент мощности, cos θ
    П а = активная мощность, кВт
    П ап = Полная мощность, кВА

    Каталожные номера

    1. ↑ Х.Б. Брэдли, изд. 1987. Справочник по нефтяной инженерии . Ричардсон, Техас: SPE.

    Примечательные статьи в OnePetro

    Используйте этот раздел, чтобы перечислить статьи в OnePetro, которые обязательно должен прочитать читатель, желающий узнать больше.

    Внешние ссылки

    Используйте этот раздел для размещения ссылок на соответствующие материалы на веб-сайтах, отличных от PetroWiki и OnePetro.

    См. также

    Электрическое заземление

    Системы распределения электроэнергии

    Электрические системы

    Классификация опасных зон для электрических систем

    Двигатели переменного тока

    Асинхронные двигатели

    Синхронный двигатель

    Характеристики двигателя

    Характеристики двигателя NEMA

    Электроприводы переменного тока

    Корпуса двигателей

    PEH:Electrical_Systems

    Коррекция коэффициента мощности – что это такое? Почему это необходимо? Как это достигается?

    Основы коэффициента мощности:

    Качество электроэнергии имеет важное значение для эффективной работы оборудования, и этому способствует коэффициент мощности.

    Коэффициент мощности — это мера эффективности использования поступающей мощности в электроустановке. Это отношение активной мощности к полной, когда:

  • Активная мощность (P) = мощность, необходимая для полезной работы, такой как токарная обработка, освещение или откачка воды, выраженная в ваттах или киловаттах (кВт)
  • Реактивная мощность (Q) = мера накопленной энергии, отраженной источнику, который не совершает никакой полезной работы, выраженная в варах или киловарах (кВАр)
  • Полная мощность (S) = векторная сумма активной и реактивной мощности, выраженная в вольт-амперах или киловольт-амперах (кВА)
  • Треугольник силы:

    Низкий коэффициент мощности (например, менее 95%) приводит к тому, что для выполнения того же объема работы требуется больший ток.

    Коррекция коэффициента мощности

    Коррекция коэффициента мощности (PFC) предназначена для улучшения коэффициента мощности и, следовательно, качества электроэнергии. Это снижает нагрузку на систему распределения электроэнергии, повышает энергоэффективность и снижает затраты на электроэнергию. Это также снижает вероятность нестабильности и отказа оборудования.

    Коррекция коэффициента мощности достигается за счет подключения конденсаторов, которые производят реактивную энергию в противоположность энергии, поглощаемой нагрузками, такими как двигатели, расположенные локально рядом с нагрузкой.Это улучшает коэффициент мощности в точке подключения источника реактивной мощности, предотвращая ненужную циркуляцию тока в сети.

    Определение требуемой PFC

    Выбор оборудования PFC должен осуществляться в соответствии со следующим четырехэтапным процессом лицами с соответствующими навыками:

    Этап 1: Расчет требуемой реактивной мощности

    Цель состоит в том, чтобы определить требуемую реактивную мощность (Qc (квар)) для установки, чтобы улучшить коэффициент мощности (cos φ) и уменьшить полную мощность (S).

    Qc можно определить по формуле Qc = P (tan φ – tan φ‘), которая выводится из диаграммы.

  • Qc = мощность конденсаторной батареи в кВАр
  • P = активная мощность нагрузки в кВт
  • tan φ = тангенс угла фазового сдвига до компенсации
  • tan φ’ = тангенс угла фазового сдвига после компенсации
  • Параметры φ и тангенс φ можно получить из расчетных данных или путем прямого измерения в установке.

    Шаг 2: Выбор режима компенсации

    Расположение низковольтных конденсаторов в установке может быть центральным (одно место для всей установки), секторным (посекционным), на уровне нагрузки или комбинацией последних двух.

    В принципе, идеальная компенсация применяется в точке потребления и на уровне, требуемом в любой момент времени. На практике выбор определяется техническими и экономическими факторами.

    Местоположение определяется:

  • общая цель (избежание штрафов за реактивную энергию, разгрузка трансформаторов или кабелей, недопущение падений и провалов напряжения)
  • режим работы (стабильные или переменные нагрузки)
  • прогнозируемое влияние конденсаторов на характеристики сети
  • стоимость установки
  • Шаг 3: Выбор типа компенсации

    Различные типы компенсации должны быть приняты в зависимости от требований к производительности и сложности управления:

  • Фиксированный, путем подключения батареи конденсаторов фиксированной емкости
  • Автоматический, путем подключения различного количества ступеней, позволяющий регулировать реактивную энергию до требуемого значения
  • Динамический, для компенсации сильно меняющихся нагрузок
  • Этап 4: Допуск на условия эксплуатации и гармоники

    Условия эксплуатации сильно влияют на ожидаемый срок службы конденсаторов, поэтому необходимо учитывать следующие параметры:

  • Температура окружающей среды (°C)
  • Ожидаемая перегрузка по току, связанная с нарушениями напряжения, включая максимальное устойчивое перенапряжение
  • Максимальное количество переключений в год
  • Требуемый срок службы
  • Некоторые нагрузки (двигатели с регулируемой скоростью, статические преобразователи, сварочные аппараты, дуговые печи, люминесцентные лампы и т. д.) загрязняют электрическую сеть повторным введением гармоник. Поэтому также необходимо учитывать влияние этих гармоник на конденсаторы.

    Преимущества коррекции коэффициента мощности

    Экономия на счетах за электроэнергию

    Коррекция коэффициента мощности устраняет штрафы за реактивную энергию, снижает потребность в кВА и снижает потери мощности, возникающие в трансформаторах и проводниках установки.

    Повышенная доступная мощность

    Установка оборудования PFC на стороне низкого напряжения увеличивает мощность, доступную на вторичной обмотке трансформатора СН/НН.Высокий коэффициент мощности оптимизирует электрическую установку, позволяя лучше использовать компоненты.

    Уменьшенный установочный размер

    Установка оборудования PFC позволяет уменьшить поперечное сечение проводника, так как меньший ток потребляется компенсированной установкой при той же активной мощности.

    Снижение падения напряжения

    Установка конденсаторов позволяет уменьшить падение напряжения перед точкой подключения устройства PFC, что предотвращает перегрузку сети и уменьшает гармоники.

    Конденсаторная батарея | Компенсация реактивной мощности

    Потребность в активной мощности выражается в киловаттах (кВт) или мегаваттах (МВт). Эта мощность должна подаваться от электростанции. Все устройства в системе электроснабжения сделаны для удовлетворения этого основного требования. Хотя в системе переменного тока реактивная мощность всегда имеет значение. Эта реактивная мощность выражается в кило-вар или мега-вар.

    Спрос на эту реактивную мощность в основном возникает из-за индуктивной нагрузки, подключенной к системе.Этими индуктивными нагрузками обычно являются электромагнитные цепи электродвигателей, электрические трансформаторы, индуктивности передающих и распределительных сетей, индукционные печи, люминесцентные лампы и т. д. Эта реактивная мощность должна надлежащим образом компенсироваться, в противном случае отношение фактической мощности, потребляемой нагрузкой, к общая мощность, т.е. векторная сумма активной и реактивной мощности системы, становится значительно меньше.

    Этот коэффициент также известен как коэффициент электрической мощности, и более низкий коэффициент указывает на низкий коэффициент мощности системы.Если коэффициент мощности системы низкий, амперная нагрузка передающей, распределительной сети, трансформаторов, генераторов переменного тока и других типов оборудования, подключенного к системе, становится высокой для требуемой активной мощности. И поэтому компенсация реактивной мощности становится столь важной. Обычно это делается с помощью конденсаторной батареи.

    Поясним подробно: мы знаем, что активная мощность выражается = vIcosθ

    Где, cosθ – коэффициент мощности системы. Следовательно, если этот коэффициент мощности имеет меньший клапан, соответствующий ток (I) увеличивается для той же активной мощности P.

    По мере увеличения тока системы увеличиваются омические потери системы. Омические потери означают, что генерируемая электрическая мощность теряется, поскольку в системе возникает нежелательное тепло. Сечение токопроводящих частей системы может также быть увеличено для переноса дополнительной амперной нагрузки, что также неэкономично с коммерческой точки зрения. Еще одним серьезным недостатком является плохое регулирование напряжения в системе, что в основном связано с низким коэффициентом мощности.

    В основном существует два типа оборудования, используемого для компенсации реактивной мощности для этой цели, а именно:

    1. Синхронные конденсаторы
    2. Статические конденсаторы или батареи конденсаторов

    Синхронные конденсаторы могут производить реактивную мощность, и производство реактивной мощности может регулируется.Благодаря этому регулирующему преимуществу синхронные конденсаторы очень подходят для коррекции коэффициента мощности системы, но это оборудование довольно дорогое по сравнению со статическими конденсаторами. Поэтому синхронные конденсаторы оправдано использовать только для регулирования напряжения в системе передачи очень высокого напряжения.

    Регулирование статических конденсаторов также может быть в некоторой степени достигнуто путем разделения всей конденсаторной батареи на 3 сектора в соотношении 1 : 2 : 2. Такое разделение позволяет конденсатору работать в режимах 1, 2, 1 + 2 = 3, 2 + 2 = 4, 1 + 2 + 2 = 5 шагов.Если требуются дальнейшие шаги, деление может быть выполнено в соотношении 1:2:3 или 1:2:4. Такое деление делает батарею статических конденсаторов более дорогой, но все же стоимость намного ниже, чем у синхронных конденсаторов.

    Установлено, что максимальная польза от компенсирующего оборудования может быть достигнута, когда оно подключено к отдельной стороне нагрузки. Это практически и экономически возможно только при использовании конденсаторов малых номиналов с индивидуальной нагрузкой, а не при использовании синхронных конденсаторов.

    Блок статических конденсаторов

    Статические конденсаторы можно разделить на две категории:

    1. Шунтирующие конденсаторы
    2. Последовательный конденсатор

    Эти категории в основном основаны на методах подключения блока конденсаторов к системе. Среди этих двух категорий шунтирующие конденсаторы чаще используются в энергосистеме всех уровней напряжения.

    Существуют определенные преимущества использования шунтирующих конденсаторов, например:

    1. Они уменьшают линейный ток системы.
    2. Повышает уровень напряжения нагрузки.
    3. Также снижает системные потери.
    4. Улучшает коэффициент мощности источника тока.
    5. Снижает нагрузку генератора.
    6. Снижает капиталовложения на мегаватт нагрузки.

    Все вышеупомянутые преимущества связаны с тем, что эффект конденсатора уменьшает реактивный ток, протекающий через всю систему.

    Шунтирующий конденсатор потребляет почти фиксированную величину опережающего тока, который накладывается на ток нагрузки и, следовательно, уменьшает реактивные составляющие нагрузки и, следовательно, улучшает коэффициент мощности системы.С другой стороны, конденсаторы серии

    не контролируют ток. Поскольку они соединены последовательно с нагрузкой, ток нагрузки всегда проходит через последовательную батарею конденсаторов. Фактически, емкостное сопротивление последовательно включенного конденсатора нейтрализует индуктивное сопротивление линии, следовательно, уменьшает эффективное реактивное сопротивление линии.

    Таким образом, улучшается регулирование напряжения в системе. Но у последовательной конденсаторной батареи есть существенный недостаток. В условиях неисправности напряжение на конденсаторе может подняться до 15 раз выше его номинального значения.Таким образом, последовательный конденсатор должен иметь сложное и продуманное защитное оборудование. Из-за этого использование последовательных конденсаторов ограничено только в системе сверхвысокого напряжения.

    Шунтирующий конденсатор

    Конструкция шунтирующего конденсатора

    Активные части блока конденсаторов состоят из двух алюминиевых фольг, разделенных пропитанной бумагой. Толщина бумаги может варьироваться от 8 микрон до 24 микрон в зависимости от уровня напряжения системы. Толщина алюминиевой фольги составляет порядка 7 мкм.Для приложений с низким напряжением между фольгами может быть один слой пропитанной бумаги подходящей толщины, но для приложений с более высоким напряжением между алюминиевой фольгой помещается более одного слоя пропитанной бумаги, чтобы избежать нежелательной циркуляции тока короткого замыкания между фольгой из-за наличие проводящих дел в бумагах.

    Конденсаторные секции сматываются там в рулоны после их расплющивания, прессования в пачки, оборачивания в несколько слоев плотной бумажной изоляции и помещения в контейнеры.Когда крышка приварена к контейнеру, конденсаторный блок высушивается и помещается в большие автоклавы за счет сочетания тепла и вакуума. После полного высыхания бумаги и удаления всех газов из изоляции бак конденсатора заполняют пропиткой, дегазированной при том же вакууме.

    На ранних стадиях разработки в качестве пропитки обычно использовалось минеральное изоляционное масло. В настоящее время большинство производителей заменили его синтетическими жидкостями группы хлорированных дифенилов под разными торговыми названиями.Минеральное изоляционное масло имеет очень низкую электропроводность и очень высокую диэлектрическую прочность. Но у него есть, однако, некоторые недостатки, такие как

    1. Он имеет низкую диэлектрическую проницаемость.
    2. Распределение напряжения в минеральном масле неравномерно.
    3. Очень легко воспламеняется.
    4. Подвергается окислению.

    С синтетической пропиткой вполне возможно изготовить блок конденсаторов меньшего размера с более высоким номинальным напряжением. Номинальное напряжение блока конденсаторов ограничено определенными пределами, поскольку из-за низкого напряжения стоимость за килоВАр становится высокой.Для приложений с высоким напряжением несколько конденсаторных блоков соединены последовательно и параллельно, чтобы сформировать батарею конденсаторов для требуемого напряжения и номинальной мощности в килоВАр. Например, при вводе в эксплуатацию конденсаторной батареи мощностью 5,1 МегаВАР в системе 11 кВ каждая единица батареи должна быть рассчитана на 11 кВ. В этой установке требование Mega VAR на фазу составляет 5,1/3=1,7.

    В этой установке должен быть только один конденсаторный блок, соединенный последовательно, а 17 таких блоков должны быть подключены параллельно, чтобы удовлетворить требования к мегаварам для одной фазы.Для трехфазной системы три таких группы конденсаторных блоков соединены вместе в форме звезды или треугольника. Давайте покажем еще один пример для лучшего понимания. При установке блока 5,4 МегаВАР в трехфазной системе 33 кВ.

    Три конденсаторных блока должны быть соединены последовательно, а шесть таких последовательно соединенных комбинаций должны быть соединены параллельно, чтобы удовлетворить потребность в 1,8 мегавар на фазу. Те же конденсаторные блоки можно использовать и для систем 132 кВ. Для этой серии и параллельных комбинаций основных конденсаторных блоков будут собраны в соответствии с требованиями мегавар.

    %PDF-1.4 % 1362 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 1362 191 0000000016 00000 н 0000004176 00000 н 0000004464 00000 н 0000004522 00000 н 0000004674 00000 н 0000006610 00000 н 0000007287 00000 н 0000007374 00000 н 0000007469 00000 н 0000007602 00000 н 0000007694 00000 н 0000007818 00000 н 0000007979 00000 н 0000008036 00000 н 0000008123 00000 н 0000008227 00000 н 0000008345 00000 н 0000008401 00000 н 0000008512 00000 н 0000008567 00000 н 0000008717 00000 н 0000008772 00000 н 0000008884 00000 н 0000008994 00000 н 0000009052 00000 н 0000009110 00000 н 0000009236 00000 н 0000009294 00000 н 0000009352 00000 н 0000009409 00000 н 0000009540 00000 н 0000009597 00000 н 0000009713 00000 н 0000009770 00000 н 0000009875 00000 н 0000009932 00000 н 0000009988 00000 н 0000010045 00000 н 0000010102 00000 н 0000010160 00000 н 0000010193 00000 н 0000010346 00000 н 0000010370 00000 н 0000010531 00000 н 0000011035 00000 н 0000011068 00000 н 0000012918 00000 н 0000012942 00000 н 0000012975 00000 н 0000013134 00000 н 0000013288 00000 н 0000013935 00000 н 0000013968 00000 н 0000014117 00000 н 0000014679 00000 н 0000015976 00000 н 0000016000 00000 н 0000016153 00000 н 0000016543 00000 н 0000016868 00000 н 0000016901 00000 н 0000017063 00000 н 0000017096 00000 н 0000017672 00000 н 0000017837 00000 н 0000017870 00000 н 0000019349 00000 н 0000019373 00000 н 0000019730 00000 н 0000019763 00000 н 0000019922 00000 н 0000021281 00000 н 0000021305 00000 н 0000021338 00000 н 0000021499 00000 н 0000021834 00000 н 0000022146 00000 н 0000022312 00000 н 0000022345 00000 н 0000023952 00000 н 0000023976 00000 н 0000025246 00000 н 0000025270 00000 н 0000026687 00000 н 0000026711 00000 н 0000027332 00000 н 0000028067 00000 н 0000028292 00000 н 0000028316 00000 н 0000034006 00000 н 0000034030 00000 н 0000034110 00000 н 0000034134 00000 н 0000034214 00000 н 0000034237 00000 н 0000034317 00000 н 0000034340 00000 н 0000034420 00000 н 0000034444 00000 н 0000038973 00000 н 0000039053 00000 н 0000039076 00000 н 0000039495 00000 н 0000039518 00000 н 0000039749 00000 н 0000039985 00000 н 0000043068 00000 н 0000043281 00000 н 0000043798 00000 н 0000044032 00000 н 0000044055 00000 н 0000044530 00000 н 0000044553 00000 н 0000044576 00000 н 0000044995 00000 н 0000045579 00000 н 0000045815 00000 н 0000046017 00000 н 0000046097 00000 н 0000046362 00000 н 0000046385 00000 н 0000046617 00000 н 0000046697 00000 н 0000046721 00000 н 0000047837 00000 н 0000047860 00000 н 0000047940 00000 н 0000047964 00000 н 0000047987 00000 н 0000048224 00000 н 0000052943 00000 н 0000052966 00000 н 0000054178 00000 н 0000054415 00000 н 0000054495 00000 н 0000054677 00000 н 0000054905 00000 н 0000055176 00000 н 0000055199 00000 н 0000056301 00000 н 0000056324 00000 н 0000056347 00000 н 0000056484 00000 н 0000056578 00000 н 0000056982 00000 н 0000057005 00000 н 0000057142 00000 н 0000057236 00000 н 0000057623 00000 н 0000057760 00000 н 0000057853 00000 н 0000058283 00000 н 0000058306 00000 н 0000058329 00000 н 0000058466 00000 н 0000058560 00000 н 0000058965 00000 н 0000058988 00000 н 0000059125 00000 н 0000059219 00000 н 0000059613 00000 н 0000059750 00000 н 0000059843 00000 н 0000060277 00000 н 0000060300 00000 н 0000060323 00000 н 0000060460 00000 н 0000060554 00000 н 0000060976 00000 н 0000060999 00000 н 0000061136 00000 н 0000061230 00000 н 0000061627 00000 н 0000061764 00000 н 0000061857 00000 н 0000062292 00000 н 0000062315 00000 н 0000062338 00000 н 0000062475 00000 н 0000062569 00000 н 0000063019 00000 н 0000063042 00000 н 0000063136 00000 н 0000063529 00000 н 0000063622 00000 н 0000064053 00000 н 0000064190 00000 н 0000064325 00000 н 0000064462 00000 н 0000004838 00000 н 0000006586 00000 н трейлер ] >> startxref 0 %%EOF 1363 0 объект > /StructTreeRoot 1366 0 R /МаркИнфо > /PageMode /UseOutlines /PageLayout /Одностраничный /OpenAction 1364 0 Р /Контуры 1368 0 R /Акроформ 1365 0 Р >> эндообъект 1364 0 объект > эндообъект 1365 0 объект >/Кодировка >>> /DA (/Helv 0 Tf 0 г ) >> эндообъект 1366 0 объект > эндообъект 1551 0 объект > ручей HU}[email protected]*~ jMQ$>Ct%DBgQ_,km[umƸ74uh!.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.