AC-kredsløbets aktive effekt. Teori og grundlæggende vilkår for energibesparelse

HVAD ER TOTAL, AKTIV OG REAKTIV KRAFT? FRA KOMPLEKS TIL ENKELT.

I hverdagen støder næsten alle på begrebet "elektrisk strøm", "strømforbrug" eller "hvor meget strøm bruger denne ting". I denne samling vil vi forklare begrebet elektrisk strøm af vekselstrøm for teknisk kyndige specialister og på billedet vise den elektriske strøm i form af "hvor meget strøm bruger denne ting" for mennesker med en humanitær tankegang :-). Vi afslører det mest praktiske og anvendelige begreb om elektrisk kraft og undgår bevidst at beskrive forskellige udtryk for elektrisk effekt.

HVAD ER AC POWER?

I AC-kredsløb kan formlen for jævnstrøm kun bruges til at beregne øjeblikkelig effekt, som varierer meget over tid og er ubrugelig til praktiske beregninger. Direkte beregning af gennemsnitseffekt kræver integration over tid. For at beregne effekt i kredsløb, hvor spænding og strøm varierer periodisk, kan gennemsnitseffekten beregnes ved at integrere den øjeblikkelige effekt over perioden. I praksis er den største betydning beregningen af ​​effekt i kredsløb med vekslende sinusformet spænding og strøm.

For at forbinde begreberne total, aktiv, reaktiv effekt og effektfaktor er det praktisk at vende sig til teorien om komplekse tal. Vi kan antage, at effekten i et vekselstrømkredsløb er udtrykt ved et komplekst tal, således at den aktive effekt er dens reelle del, den reaktive effekt er den imaginære del, den tilsyneladende effekt er modulet og vinklen φ (faseforskydning) er argumentet. For en sådan model viser alle nedenstående relationer sig at være gyldige.

Aktiv effekt (Real Power)

Måleenheden er watt (russisk betegnelse: W, kilowatt - kW; international: watt -W, ​​​​kilowatt - kW).

Den gennemsnitlige værdi af øjeblikkelig effekt over en periode T kaldes aktiv effekt, og

udtrykt ved formlen:

I enkeltfasede sinusformede strømkredsløb, hvor υ og Ι er rms-værdierne for spænding og strøm, og φ er faseforskydningsvinklen mellem dem.

For ikke-sinusformede strømkredsløb er den elektriske effekt lig med summen af ​​de tilsvarende gennemsnitseffekter af de enkelte harmoniske. Aktiv effekt karakteriserer hastigheden af ​​irreversibel omdannelse af elektrisk energi til andre typer energi (termisk og elektromagnetisk). Aktiv effekt kan også udtrykkes i form af strøm, spænding og den aktive komponent af kredsløbsmodstanden r eller dens ledningsevne g ifølge formlen. I ethvert elektrisk kredsløb med både sinusformet og ikke-sinusformet strøm er den aktive effekt af hele kredsløbet lig med summen af ​​de aktive kræfter af de enkelte dele af kredsløbet; for trefasede kredsløb er den elektriske effekt defineret som summen af ​​de enkelte fasers kræfter. Med den samlede potens S er den aktive relateret af relationen.

I teorien om lange linjer (analyse af elektromagnetiske processer i en transmissionsledning, hvis længde er sammenlignelig med længden af ​​den elektromagnetiske bølge), er en komplet analog af aktiv effekt transmitteret effekt, som er defineret som forskellen mellem hændelsen kraft og den reflekterede kraft.

Reaktiv effekt

Måleenheden er reaktiv volt-ampere (russisk betegnelse: var, kVAR; international: var).

Reaktiv effekt er en størrelse, der karakteriserer de belastninger, der skabes i elektriske enheder af fluktuationer i energien af ​​det elektromagnetiske felt i et sinusformet vekselstrømkredsløb, lig med produktet af rms-værdierne af spænding U og strøm I, multipliceret med sinus af fasevinklen φ mellem dem:

(hvis strømmen halter efter spændingen, betragtes faseforskydningen som positiv, hvis den fører, betragtes den som negativ). Reaktiv effekt er relateret til total effekt S og aktiv effekt P ved forholdet: .

Den fysiske betydning af reaktiv effekt er energi, der pumpes fra kilden til modtagerens reaktive elementer (induktorer, kondensatorer, motorviklinger), og derefter returneres af disse elementer tilbage til kilden i løbet af en oscillationsperiode, refereret til denne periode.

Det skal bemærkes, at værdien af ​​sin φ for værdier af φ fra 0 til plus 90° er en positiv værdi. Værdien af ​​sin φ for værdier af φ fra 0 til minus 90° er en negativ værdi. Ifølge formlen

reaktiv effekt kan enten være en positiv værdi (hvis belastningen er aktiv-induktiv af natur) eller negativ (hvis belastningen er aktiv-kapacitiv af natur). Denne omstændighed understreger det faktum, at reaktiv effekt ikke deltager i driften af ​​elektrisk strøm. Når en enhed har positiv reaktiv effekt, er det sædvanligt at sige, at den forbruger den, og når den producerer negativ effekt, producerer den, men dette er udelukkende en konvention på grund af det faktum, at de fleste strømforbrugende enheder (for eksempel asynkrone motorer) ), såvel som rene aktive belastninger, er forbundet gennem en transformer, er aktiv-induktive.

Brugen af ​​moderne elektriske måletransducere på mikroprocessorteknologi giver mulighed for en mere nøjagtig vurdering af mængden af ​​energi, der returneres fra en induktiv og kapacitiv belastning til en vekselspændingskilde.

Effekt kan enten være en positiv værdi (hvis belastningen er aktiv-induktiv af natur) eller negativ (hvis belastningen er aktiv-kapacitiv af natur). Denne omstændighed understreger det faktum, at reaktiv effekt ikke deltager i driften af ​​elektrisk strøm. Når en enhed har positiv reaktiv effekt, er det sædvanligt at sige, at den forbruger den, og når den producerer negativ effekt, producerer den, men dette er udelukkende en konvention på grund af det faktum, at de fleste strømforbrugende enheder (for eksempel asynkrone motorer) ), såvel som rene aktive belastninger, er forbundet gennem en transformer, er aktiv-induktive.

Synkrongeneratorer installeret i kraftværker kan både producere og forbruge reaktiv effekt afhængigt af størrelsen af ​​excitationsstrømmen, der flyder i generatorens rotorvikling. På grund af denne funktion af synkrone elektriske maskiner reguleres det specificerede netværksspændingsniveau. For at eliminere overbelastninger og øge effektfaktoren af ​​elektriske installationer udføres reaktiv effektkompensation.

Brugen af ​​moderne elektriske måletransducere på mikroprocessorteknologi giver mulighed for en mere nøjagtig vurdering af mængden af ​​energi, der returneres fra induktive og kapacitive belastninger til en vekselspændingskilde

Tilsyneladende magt

Enheden for samlet elektrisk effekt er volt-ampere (russisk betegnelse: VA, VA, kVA-kilo-volt-ampere; international: VA, kVA).

Samlet effekt er en værdi lig med produktet af de effektive værdier af den periodiske elektriske strøm I i kredsløbet og spændingen U ved dens terminaler: ; Forholdet mellem total effekt og aktiv og reaktiv effekt er udtrykt som følger: hvor P er aktiv effekt, Q er reaktiv effekt (med en induktiv belastning Q›0 og med en kapacitiv belastning Q‹0).

Vektorforholdet mellem total, aktiv og reaktiv effekt er udtrykt ved formlen:

Samlet effekt har praktisk betydning som en værdi, der beskriver de belastninger, som forbrugeren faktisk påfører elementerne i forsyningsnettet (ledninger, kabler, fordelingstavler, transformere, elledninger), da disse belastninger afhænger af den forbrugte strøm og ikke den energi, som forbrugeren faktisk bruger. Det er grunden til, at den samlede effekt af transformere og fordelingstavler måles i volt-ampere i stedet for watt.

Alle ovenstående formel- og tekstbeskrivelser af totale, reaktive og aktive kræfter er visuelt og intuitivt tydelige i den følgende figur:-)

NTS-gruppens specialister (TM Elektrokaprizam-NET) har stor erfaring med at udvælge specialudstyr til at bygge systemer til at forsyne vitale faciliteter med uafbrudt strømforsyning. Vi er i stand til så effektivt som muligt at tage højde for en række elektriske og driftsmæssige parametre, som giver os mulighed for at vælge en økonomisk gennemførlig mulighed for at bygge et uafbrydeligt strømforsyningssystem ved hjælp af brændstofkraftværker og andet relateret udstyr.

© Materialet blev udarbejdet af specialister fra NTS-gruppens selskab (TM Elektrokaprizam-NET) ved hjælp af information fra åbne kilder, inkl. fra den frie encyklopædi Wikipedia https://ru.wikipedia.org

Reaktiv effekt er en størrelse, der karakteriserer de belastninger, der skabes af forskellige svingninger af elektromagnetiske felter, der opstår i kredsløb med kondensatorer og induktorer. Og i sin kerne er dette energi, der går fra strømkilden til forbrugeren (belastning), og derefter vender tilbage til disse reaktive komponenter i løbet af en halv-cyklus.

Der er forbrugere af elektrisk energi, der skaber en rent aktiv belastning. Disse omfatter forskellige varmeelementer, varmeelementer, glødelamper mv. Disse forbrugere er ikke i stand til at generere betydelige elektromagnetiske felter. Men andre forbrugere er i stand til at generere reaktiv belastning. Det vil sige skabe stærke elektromagnetiske felter. De vigtigste repræsentanter for denne gruppe kan betragtes som enheder, der har kondensatorer og induktorer i deres forsyningskredsløb. Som vi allerede ved, har de forskellige virkninger på mængden af ​​reaktiv effekt, der optræder i et elektrisk kredsløb.

Så hvis vi anvender strøm og spænding til induktoren med nul faseforskydning, vil vi ved udgangen af ​​kredsløbet se en forsinkelse af strømmen fra spændingen. Men hvis vi anvender det samme på kondensatoren, vil vi ved udgangen få en førende spændingsstrøm. For at forstå processen, se figuren, som skematisk viser strømmen, der fører spændingen med en kapacitiv belastning.

Sådanne egenskaber ved reaktive belastninger bruges til at regulere spændingsniveauet i netværket ved at kompensere for stor induktans med kapacitive belastninger og omvendt for store kapacitanser med induktans.

reaktiv effekt beregnes ved hjælp af følgende formler:

Hvor, x - , jeg Og U- strøm og spænding i kredsløbet, sinφ- reaktiv effektfaktor

SI-enheden for reaktiv effekt er den reaktive volt ampere - VAR

Karakteren af ​​tab i elektriske kredsløb med reaktive komponenter kan ses fra graferne i figurerne nedenfor:

I mangel af en aktiv komponent i belastningen vil faseforskydningen mellem strøm og spænding være 90°. I det indledende tidspunkt, når spændingsniveauet er maksimalt, vil strømmen have en tendens til nul, derfor den øjeblikkelige effektværdi UI vil være nul på dette tidspunkt. I løbet af den første ¼ periode kan effekt visualiseres på en graf som produktet UI(strøm og spænding), som bliver nul ved maksimal strøm og nul spænding.

I den næste ¼ af perioden, UI vil ligge i det negative koordinatområde, derfor vil strømmen gå tilbage til strømkilden. Det samme vil ske i den negative strømhalvcyklus. Som et resultat, det gennemsnitlige (aktive) strømforbrug P gns for perioden vil være nul.

I dette tilfælde har reaktiv effekt, i overensstemmelse med formlen ovenfor, tendens til nul. Strømforbruget er lig med produktet af strøm og spænding. Den tilsyneladende effekt vil kun være lig med den aktive effekt. Effektfaktoren vil være lig med enhed ( P/S = 1).

Lad os overveje tilfælde af lighed mellem reaktiv og aktiv modstand i belastningen, dvs. et faseskift mellem strøm og spænding på 45°.

I dette tilfælde: Q = U×I×sin45° = 0,71×U×I. Effektfaktor = 0,71

Som du sikkert har bemærket, har reaktiv effekt normalt en negativ effekt, og derfor er dens kompensation nødvendig.

"Directory" - information om div elektroniske komponenter: transistorer, mikrokredsløb, transformere, kondensatorer, LED'er etc. Informationen indeholder alt, hvad der er nødvendigt for udvælgelse af komponenter og udførelse af tekniske beregninger, parametre, samt huse pinouts, typiske koblingskredsløb og anbefalinger til brug af radioelementer.

På den ene side kan strømmens arbejde let beregnes ved at kende strømstyrken, spændingen og belastningsmodstanden. Smerteligt velkendte formler fra et fysikkursus i skolen ser sådan ud.

Ris. 1. Formler

Og der er ikke et ord om den reaktive komponent.

På den anden side pålægger en række fysiske processer faktisk deres egne karakteristika på disse beregninger. Vi taler om reaktiv energi. Problemer med at forstå reaktive processer kommer med elregninger i store virksomheder, fordi vi i husholdningsnetværk kun betaler for aktiv energi (mængden af ​​reaktivt energiforbrug er så lille, at de simpelthen negligeres).

Definitioner

For at forstå essensen af ​​fysiske processer, lad os starte med definitioner.

Aktiv elektricitet- Dette er fuldstændig omdannet energi, der leveres til kredsløbet fra strømkilden. Omdannelse kan ske til varme eller til en anden type energi, men essensen forbliver den samme - den modtagne energi vender ikke tilbage til kilden.

Et eksempel på, hvordan aktiv energi virker: Strøm, der passerer gennem et modstandselement, omdanner en del af energien til opvarmning. Dette perfekte strømværk er aktivt.

Reaktiv elektricitet er energien, der returneres tilbage til den aktuelle kilde. Det vil sige, at den nuværende, der tidligere er modtaget og taget i betragtning af måleren, uden at fuldføre arbejdet, returneres. Strømmen laver blandt andet et hop (belastningen øges meget i kort tid).

Det er svært at forstå processen uden eksempler.

Den mest oplagte er driften af ​​en kondensator. Kondensatoren i sig selv omdanner ikke elektricitet til nyttigt arbejde; den akkumulerer den og frigiver den. Hvis en del af energien stadig bruges på opvarmning af elementet, kan det selvfølgelig betragtes som aktivt. Den reaktive ser sådan ud:

1. Når kondensatoren forsynes med vekselspænding, sammen med stigningen i U, øges ladningen af ​​kondensatoren også.

2. I det øjeblik spændingsfaldet begynder (den anden kvart cyklus på en sinusbølge), viser spændingen på kondensatoren sig at være højere end kildens. Og så begynder kondensatoren at aflade, hvilket giver energi tilbage til strømkredsløbet (strømmen flyder i den modsatte retning).

3. I de næste to kvartalsperioder gentages situationen fuldstændig, kun spændingen ændres til det modsatte.

På grund af det faktum, at kondensatoren ikke selv fungerer, når den modtagne spænding sin maksimale amplitudeværdi (det vil sige √2=1,414 gange mere end den nuværende 220V eller 220·1,414=311V).

Når man arbejder med induktive elementer (spoler, transformere, elektriske motorer osv.) er situationen den samme. Indikatorgrafen kan ses på billedet nedenfor.

Ris. 2. Indikatordiagrammer

På grund af det faktum, at moderne husholdningsapparater består af mange forskellige elementer med og uden en "reaktiv" effekteffekt, udfører den reaktive strøm, der flyder i den modsatte retning, meget reelt arbejde med at opvarme de aktive elementer. Således er den reaktive effekt af et kredsløb i det væsentlige udtrykt i sikkerhedstab og spændingsstigninger.

Det er meget vanskeligt at adskille en effektindikator fra en anden, når du beregner. Og et højkvalitets og effektivt målesystem er dyrt, hvilket faktisk førte til, at man nægtede at måle mængden af ​​reaktiv strømforbrug i hverdagen.

I store kommercielle faciliteter er mængden af ​​reaktivt energiforbrug tværtimod meget større (på grund af overfloden af ​​strømudstyr forsynet med kraftige elektriske motorer, transformere og andre elementer, der genererer reaktiv strøm), så der indføres separat måling for dem.

Hvordan beregnes aktiv og reaktiv elektricitet?

De fleste producenter af elmålere til virksomheder implementerer en simpel algoritme.

Q=(S 2 - P 2) 1/2

Her trækkes den aktive effekt P fra den samlede potens S (i en letforståelig form).

Producenten skal således ikke organisere et helt separat regnskab.

Hvad er cosϕ (cosinus phi)

For numerisk at udtrykke forholdet mellem aktive og reaktive kræfter bruges en speciel koefficient - cosinus phi.

Det beregnes ved hjælp af formlen.

cosϕ = P act /P total

Hvor total effekt er summen af ​​aktiv og reaktiv.

Den samme koefficient er angivet på navneskiltene på elværktøj udstyret med motorer. I dette tilfælde bruges cosϕ til at estimere det maksimale strømforbrug. For eksempel er enhedens nominelle effekt 600 W, og cosϕ = 0,7 (gennemsnittet for langt de fleste elværktøjer), så vil den maksimale effekt, der kræves for at starte den elektriske motor, blive betragtet som Pnomin / cosϕ, = 600 W / 0,7 = 857 VA ( reaktiv effekt er udtrykt i volt-ampere).

Anvendelse af reaktiv effektkompensatorer

For at tilskynde forbrugerne til at drive elnettet uden reaktiv belastning indfører elleverandørerne en ekstra betalt takst for reaktiv effekt, men betalingen opkræves kun, hvis det gennemsnitlige månedlige forbrug overstiger en vis koefficient, f.eks. hvis forholdet mellem total og aktiv effekt er over 0,9 udstilles regningen for betaling for reaktiv effekt ikke.

For at reducere omkostningerne installerer virksomheder specialudstyr - kompensatorer. De kan være af to typer (i henhold til driftsprincippet):

• Kapacitiv;
• Induktiv.

Jeg så energibesparende enheder på internettet, som, som jeg forstod, blot sættes i stikkontakten nærmest måleren. Har nogen brugt det? Sparer de virkelig energi? Og de skriver også, at de forbedrer kvaliteten af ​​elektriciteten og dermed forebygger skader på elektriske apparater. Jeg vil meget gerne høre feedback.

Ved beregning af den elektriske effekt, der forbruges af enhver elektrisk eller husholdningsenhed, tages der normalt hensyn til den såkaldte samlede effekt af den elektriske strøm, der udfører et bestemt job i kredsløbet af en given belastning. Udtrykket "tilsyneladende effekt" betyder al den strøm, der forbruges af et elektrisk apparat og omfatter både en aktiv komponent og en reaktiv komponent, som igen er bestemt af den type belastning, der anvendes i kredsløbet. Aktiv effekt måles og rapporteres altid i watt (W), mens tilsyneladende effekt normalt rapporteres i volt-ampere (VA). Forskellige enheder, der forbruger elektrisk energi, kan fungere i kredsløb, der har både aktive og reaktive komponenter af elektrisk strøm.

Den aktive komponent af den elektriske strøm, der forbruges af enhver belastning, udfører nyttigt arbejde og omdannes til de typer energi, vi har brug for (termisk, lys, lyd osv.). Nogle elektriske apparater fungerer hovedsageligt på denne strømkomponent. Disse er glødelamper, elektriske komfurer, varmeapparater, elektriske ovne, strygejern mv.
Med den aktive strømforbrugsværdi på 1 kW angivet i enhedspasset, vil den forbruge en samlet effekt på 1 kVA fra netværket.

Den reaktive komponent af den elektriske strøm forekommer kun i kredsløb, der indeholder reaktive elementer (induktans og kapacitans) og bruges normalt på ubrugelig opvarmning af lederne, der udgør dette kredsløb. Eksempler på sådanne reaktive belastninger er elektriske motorer af forskellige typer, bærbare elværktøjer (elektriske boremaskiner, vinkelslibere, vægslibere osv.) samt diverse elektroniske husholdningsudstyr. Den samlede effekt af disse enheder, målt i volt-ampere, og aktiv effekt (i watt) er relateret til hinanden gennem effektfaktoren cosφ, som kan tage en værdi fra 0,5 til 0,9. Disse enheder angiver normalt den aktive effekt i watt og værdien af ​​cosφ-koefficienten. For at bestemme det samlede effektforbrug i VA er det nødvendigt at dividere den aktive effektværdi (W) med cosφ-koefficienten.

Eksempel: Hvis en elektrisk boremaskine angiver en effektværdi på 600 W og cosφ = 0,6, følger det, at den samlede effekt, der forbruges af værktøjet, er 600/0,6 = 1000 VA. I mangel af data om cosφ kan du tage dens omtrentlige værdi, som for et elværktøj til husholdningsbrug er cirka 0,7.

Når vi overvejer spørgsmålet om aktive og reaktive komponenter af elektricitet (mere præcist, dens kraft), mener vi normalt de fænomener, der opstår i vekselstrømkredsløb. Det viste sig, at forskellige belastninger i AC-kredsløb opfører sig helt forskelligt. Nogle belastninger bruger den energi, der overføres til dem, til det tilsigtede formål (dvs. at udføre nyttigt arbejde), mens en anden type belastning først lagrer denne energi og derefter giver den tilbage til strømkilden.

Baseret på deres adfærd i AC-kredsløb er forskellige forbrugerbelastninger opdelt i følgende to typer:

1. Den aktive type belastning absorberer al den energi, der modtages fra kilden og konverterer den til nyttigt arbejde (lys fra en lampe, for eksempel), og formen af ​​strømmen i belastningen gentager nøjagtigt formen af ​​spændingen over den ( der er ingen faseforskydning).

2. Den reaktive type belastning er kendetegnet ved, at den først (over en vis periode) akkumulerer den energi, der leveres af strømkilden. Derefter bliver den lagrede energi (over en vis periode) givet tilbage til denne kilde. Sådanne belastninger inkluderer elektriske kredsløbselementer såsom kondensatorer og induktorer, såvel som enheder, der indeholder dem. Desuden er der i en sådan belastning et faseskift på 90 grader mellem spænding og strøm. Da hovedformålet med eksisterende strømforsyningssystemer er nyttigt at levere elektricitet fra producenten direkte til forbrugeren (i stedet for at pumpe det frem og tilbage) - betragtes den reaktive komponent af strøm normalt som en skadelig egenskab ved kredsløbet.

Tab på grund af den reaktive komponent i netværket er direkte relateret til værdien af ​​effektfaktoren diskuteret ovenfor, dvs. Jo højere cosφ forbrugeren har, jo lavere vil effekttabet i ledningen være, og jo billigere vil det være at overføre strøm til forbrugeren.
Det er således effektfaktoren, der fortæller os, hvor effektivt elkildens driftseffekt bruges. For at øge effektfaktoren (cosφ) anvendes specielle metoder til reaktiv effektkompensation i alle typer elektriske installationer.
Normalt, for at øge effektfaktoren (ved at reducere faseforskydningen mellem strøm og spænding - vinkel φ), er specielle kompenserende enheder inkluderet i det eksisterende netværk, som er hjælpegeneratorer af førende (kapacitiv) strøm.
Derudover bruger den meget ofte for at kompensere for tab, der opstår fra den induktive komponent af kredsløbet, grupper af kondensatorer forbundet parallelt med arbejdsbelastningen og bruges som synkrone kompensatorer.

Aktiv og reaktiv effekt er forbrugere af elektrisk energi med det formål at forbruge denne energi. Forbrugeren er interesseret i den energi, hvis forbrug gavner ham; denne energi kan kaldes nyttig, men i elektroteknik kaldes den normalt aktiv. Dette er den energi, der bruges til at opvarme rum, tilberede mad, producere kold og omdannes til mekanisk energi (drift af elektriske boremaskiner, hammerbor, elektriske pumper osv.).

Udover aktiv el er der også reaktiv el. Det er den del af den samlede energi, der ikke bruges på nyttigt arbejde. Som det fremgår af ovenstående, er total effekt aktiv og reaktiv effekt som helhed.

I begreberne aktiv og reaktiv effekt støder modstridende interesser hos forbrugere af elektrisk energi og dets leverandører sammen. Det er fordelagtigt for forbrugeren kun at betale for den nyttige elektricitet, han har forbrugt, mens det er fordelagtigt for leverandøren at modtage betaling for mængden af ​​aktiv og reaktiv elektricitet. Er det muligt at forene disse tilsyneladende modstridende krav? Ja, hvis du reducerer mængden af ​​reaktiv elektricitet til nul. Lad os overveje, om dette er muligt, og hvor tæt man kan komme på idealet.

Aktiv og reaktiv effekt

Aktiv kraft

Der er elforbrugere, hvis samlede og aktive effekt er den samme. Disse er forbrugere, hvis belastning er repræsenteret af aktive modstande (modstande). Blandt elektriske husholdningsapparater er eksempler på en sådan belastning glødelamper, elektriske komfurer, stegeskabe og ovne, varmeapparater, strygejern, loddekolber osv.

Angivet i passet til disse enheder er både aktiv og reaktiv effekt. Dette er tilfældet, når belastningseffekten kan bestemmes ved hjælp af formlen kendt fra skolens fysikkursus ved at gange belastningsstrømmen med spændingen i netværket. Strøm måles i ampere (A), spænding i volt (V), effekt i watt (W). En elektrisk komfurbrænder i et netværk med en spænding på 220 V ved en strøm på 4,5 A forbruger strøm 4,5 x 220 = 990 (W).

Reaktiv effekt

Nogle gange kan man, når man går ned ad gaden, se, at glasset på altanerne er dækket indefra med en skinnende tynd film. Denne film blev fjernet fra defekte elektriske kondensatorer installeret til bestemte formål på distributionsstationer, der forsyner kraftige forbrugere af elektrisk energi. En kondensator er en typisk forbruger af reaktiv effekt. I modsætning til aktive strømforbrugere, hvor hoveddesignelementet er et bestemt elektrisk ledende materiale (wolframleder i glødelamper, nichromspiral i en elektrisk komfur osv.). I en kondensator er hovedelementet en ikke-ledende elektrisk strøm (en tynd polymerfilm eller olievædet papir).

Reaktiv kapacitiv effekt

De smukke skinnende film, som du så på balkonen, er kondensatorforinger lavet af ledende tyndt materiale. Kondensatoren er bemærkelsesværdig ved, at den kan akkumulere elektrisk energi og derefter frigive den - en slags batteri. Hvis du tilslutter en kondensator til et jævnstrømsnetværk, bliver den opladet med en kortvarig strømimpuls, og så vil der ikke gå strøm igennem den. Du kan returnere kondensatoren til sin oprindelige tilstand ved at afbryde den fra spændingskilden og tilslutte en belastning til dens plader. Elektrisk strøm vil strømme gennem belastningen i nogen tid, og en ideel kondensator vil levere nøjagtig lige så meget elektrisk energi til belastningen, som den modtog ved opladning. En pære forbundet til kondensatorens terminaler kan blinke i kort tid, den elektriske modstand vil varme op, og en uforsigtig person kan blive "chokeret" eller endda dræbt, hvis der er tilstrækkelig spænding på terminalerne og mængden af ​​elektricitet, der er lagret .

Et interessant billede opnås ved tilslutning af en kondensator til en kilde til vekselspænding. Da polariteten og den øjeblikkelige spændingsværdi af en vekselspændingskilde konstant ændrer sig (i et hjemmenetværk ifølge en lov tæt på sinusformet). Kondensatoren vil løbende oplade og aflade, og vekselstrøm vil løbende strømme gennem den. Men denne strøm vil ikke være i fase med vekselspændingskildens spænding, men vil fremføre den med 90°, dvs. i en kvart periode.

Dette vil føre til, at kondensatoren forbruger energi fra netværket i halvdelen af ​​perioden med vekselspænding og frigiver halvdelen af ​​perioden, mens den samlede aktive elektriske effekt, der forbruges, er nul. Men da der løber en betydelig strøm gennem kondensatoren, som kan måles med et amperemeter, er det sædvanligt at sige, at kondensatoren er en forbruger af reaktiv elektrisk effekt.

Reaktiv effekt beregnes som produktet af strøm og spænding, men måleenheden er ikke længere watt, men volt-ampere reaktiv (VAr). Der løber således en strøm på omkring 0,3 A gennem en elektrisk kondensator med en kapacitet på 4 μF forbundet til et 220 V netværk med en frekvens på 50 Hz. Det betyder, at kondensatoren forbruger 0,3 x 220 = 66 (VAr) reaktiv effekt - sammenligneligt til strømmen af ​​en gennemsnitlig glødelampe, men kondensatoren, i modsætning til en lampe, lyser eller varmer ikke op.

Reaktiv induktiv effekt

Hvis strømmen i en kondensator leder spændingen, er der så forbrugere, hvor strømmen halter efter spændingen? Ja, og sådanne forbrugere, i modsætning til kapacitive forbrugere, kaldes induktive, mens de forbliver forbrugere af reaktiv energi. En typisk induktiv elektrisk belastning er en spole med et vist antal vindinger af stærkt ledende ledning viklet omkring en lukket kerne af specielt magnetisk materiale.

I praksis er en god tilnærmelse af en rent induktiv belastning en tomgangstransformator (eller en spændingsregulator med en autotransformer). En veldesignet transformer bruger meget lidt aktiv strøm i tomgang og bruger for det meste reaktiv effekt.

Reelle forbrugere af elektrisk energi og samlet elektrisk effekt

Fra at overveje karakteristika for kapacitive og induktive belastninger, opstår et interessant spørgsmål - hvad sker der, hvis kapacitive og induktive belastninger er tændt samtidigt og parallelt. På grund af deres modsatte reaktion på påført spænding, vil de to svar begynde at udligne hinanden. Den samlede belastning vil kun være kapacitiv eller induktiv, og i nogle ideelle tilfælde vil det være muligt at opnå fuld kompensation. Det vil se paradoksalt ud - de tilsluttede amperemetre vil optage betydelige (og lige store!) strømme gennem kondensatoren og induktoren, og et fuldstændigt fravær af strøm i det fælles kredsløb, der forbinder dem. Det beskrevne billede er kun lidt krænket af det faktum, at der ikke er nogen ideelle kondensatorer og induktorer, men en sådan idealisering hjælper med at forstå essensen af ​​de processer, der finder sted.

Lad os vende tilbage til rigtige forbrugere af elektrisk energi. I hverdagen bruger vi primært forbrugere af ren aktiv effekt (eksempler er givet ovenfor), og blandet aktiv-induktiv effekt. Disse er elektriske boremaskiner, hammerbor, elektriske motorer til køleskabe, vaskemaskiner og andre husholdningsapparater. Disse omfatter også elektriske transformere til strømforsyninger til elektronisk husholdningsudstyr og spændingsstabilisatorer. Ved en sådan blandet belastning forbruger belastningen udover aktiv (netto) effekt også reaktiv effekt, som følge heraf afvises den samlede effekt mere end den aktive effekt. Tilsyneladende effekt måles i volt-ampere (VA), og er altid produktet af strømmen i belastningen gange spændingen over belastningen.

Mystisk "cosinus phi"

Forholdet mellem aktiv effekt og total effekt kaldes "cosinus phi" i elektroteknik. Betegnes med cos φ. Dette forhold kaldes også effektfaktor. Det er let at se, at for tilfældet med en rent aktiv belastning, hvor den samlede effekt falder sammen med den aktive, er cos φ = 1. For tilfældet med rent kapacitive eller induktive belastninger, hvor den aktive effekt er lig nul, cos φ = 0.

I tilfælde af en blandet belastning er effektfaktorværdien i området fra 0 til 1. For husholdningsapparater er den normalt i området 0,5-0,9. I gennemsnit kan det betragtes som lig med 0,7; en mere nøjagtig værdi er angivet i passet til det elektriske apparat.

Hvad betaler vi for?

Og endelig er det mest interessante spørgsmål, hvilken type energi forbrugeren betaler for. Baseret på det faktum, at den reaktive komponent af den samlede energi ikke giver nogen fordel for forbrugeren, mens en del af perioden reaktiv energi forbruges og en del gives ud, er der ikke behov for at betale for reaktiv effekt. Men, som vi ved, er djævelen i detaljerne. Da den blandede belastning øger strømmen i netværket, opstår der problemer ved kraftværker, hvor elektricitet genereres af synkrone generatorer, nemlig: den induktive belastning "unexciterer" generatoren, og at bringe den tilbage til sin tidligere tilstand koster reel aktiv effekt til "re -ophidse” det.

Det er således ret rimeligt at få forbrugeren til at betale for den forbrugte reaktive induktive effekt. Dette tilskynder forbrugeren til at kompensere for den reaktive komponent af deres belastning, og da denne komponent hovedsageligt er induktiv, består kompensationen i at forbinde kondensatorer med forudberegnet kapacitet.

Forbrugeren finder en mulighed for at betale mindre

Hvis forbrugeren betaler separat for den forbrugte aktiv og reaktiv effekt. Han er klar til at pådrage sig yderligere omkostninger og installere kondensatorbanker på sin virksomhed, som er tændt strengt i henhold til en tidsplan afhængigt af den gennemsnitlige elforbrugsstatistik pr. time på dagen.

Der er også mulighed for at installere specielle enheder på virksomheden (reaktiv effektkompensatorer), der forbinder kondensatorer automatisk afhængigt af størrelsen og arten af ​​den aktuelt forbrugte strøm. Disse kompensatorer giver dig mulighed for at øge effektfaktoren fra 0,6 til 0,97, dvs. næsten til en.

Det er også accepteret, at hvis forholdet mellem forbrugt reaktiv energi og samlet energi ikke overstiger 0,15, så er erhvervsforbrugeren fritaget for at betale for reaktiv energi.

Hvad angår individuelle forbrugere, er det på grund af den relativt lave strøm, de forbruger, ikke sædvanligt at opdele regninger for betaling af forbrugt elektricitet i aktiv og reaktiv. Husholdningens elektriske energi tager kun hensyn til den aktive effekt af den elektriske belastning, og der udstedes en faktura for det. De der. I øjeblikket er det ikke engang teknisk muligt at fakturere en individuel forbruger for forbrugt reaktiv effekt.

Forbrugeren har ikke noget særligt incitament til at kompensere for den induktive komponent af belastningen, og dette er teknisk vanskeligt at implementere. Permanent tilsluttede kondensatorer belaster forsyningsledningerne unødigt, når den induktive belastning er afbrudt. Bag elmåleren (også foran måleren, men det betaler forbrugeren ikke for), hvilket vil medføre forbrug af aktiv strøm med en tilsvarende stigning i regningen, og automatiske kompensatorer er dyre og vil næppe retfærdiggøre omkostningerne ved at købe dem.

En anden ting er, at producenten nogle gange installerer kompensationskondensatorer ved forbrugernes input med en induktiv komponent af belastningen. Disse kondensatorer vil, hvis de vælges korrekt, reducere energitabet i forsyningsledningerne en smule, mens de øger spændingen på det tilsluttede elektriske apparat en smule ved at reducere spændingsfaldet på forsyningsledningerne.

Men vigtigst af alt vil reaktiv energikompensation for hver forbruger, fra en lejlighed til en stor virksomhed, reducere strømme i alle elledninger, fra kraftværket til lejlighedspanelet. På grund af den reaktive komponent af den samlede strøm, som vil reducere energitab i linjerne og øge effektiviteten af ​​elektriske systemer.