Активная мощность это: Теория реактивной мощности

что это, в каких единицах измеряется, формула

Начнем с того, что активная и реактивная мощность, это постоянные спутники нашей жизни, хотя подавляющее большинство граждан любой страны попросту не обращают на это никакого внимания. Кроме того, ассоциации, которые возникнут у многих людей при слушании или прочтении слова «реактивный», будут выглядеть, как реактивные турбины, а по большей части – современный самолет, увиденный в фильмах. Это, конечно же, далеко от истины, поэтому, вначале лучше разобраться в этих понятиях на самом простом примере из жизни.

Катет BC – активная мощность, катет AC – реактивная мощность, гипотенуза AB – полная мощностьИсточник wikipedia.org

Разобраться, что такое активная и реактивная мощность нам поможет пример двух неразлучных сестричек (условно назовем их Валя и Даша), приехавших летом на загородную дачу вместе, так как они не представляют жизни друг без друга. Валя по прибытию пошла в сарай, взяла лопату, тяпку, грабли, мешок (ведро) для мусора и пошла, работать на приусадебный участок. А вот Даша решила использовать выезд за город, как возможность отдохнуть, поэтому целый день прыгала, веселилась, лежала на топчане под деревом, наслаждаясь свежим воздухом. Получается, что Валя в этом случае представляет активную мощность (P кВт), а Даша реактивную (Q квар), хотя вместе взятые они выглядят, как бригада или полная мощность. На изображении треугольника, приведенном выше, Валя будет представлять катет BC, Даша — катет AC, а обе сестры месте взятые — гипотенузу AB (запомните этот пример – мы вспомним его позже).

Простыми словами о реактивной мощности.

Что это означает

В сетях переменного тока, которыми на сегодняшний день пользуется абсолютно весь мир, без активной и реактивной мощностей никак не обойтись – они взаимозависимы и даже необходимы. К активной электроэнергии относится напряжение, которое вырабатывается на ТЭС, ГрЭС, АЭС, мобильном генераторе, стоящем в гараже и т. д. – оно поступает к потребителю (на фабрики, заводы, к нам домой) и питает все электроприборы от сети ≈220-380 V. В это же время функция реактивной составляющей полного тока заключается в бесцельном блуждании от источника к потребителю и обратно. Так откуда же берётся эта, бесполезная на первый взгляд, субстанция?

Если на пиве не будет пены, значит, оно не соответствует стандартамИсточник electrokaprizam.net

Все дело в том, что в наших домах, на предприятиях и любых других электрифицированных объектах есть приборы с индуктивными катушками (для примера можно взять статор двигателя), где постоянно возникают магнитные поля. То есть, часть из них вращает ротор (якорь), а часть возвращается обратно и так до бесконечности, пока существует движение активной энергии. Это хорошо демонстрирует кружка свежего пива: с жидкостью человек выпивает лишь малую часть пены, а остальную оставляет в бокале либо сдувает на землю. Но эта самая пена является продуктом брожения (индукции), без которого пива, как такового, не будет вообще.

Сейчас уже можно подвести первый итог в понимании темы: если есть индуктивная нагрузка (а она есть всегда), то обязательно появится реактивный ток, потребляемый индукцией, которая сама его создает. То есть, индукция вырабатывает реактивную мощность, потом её потребляет, вырабатывает заново и так постоянно, но в этом кроется одна проблема. Для движения реактивной субстанции туда обратно, нужна активная энергия, которая расходуется из-за постоянного движения электронов по проводам (нагрев проводов).

Можно прийти к выводу, что активная мощность генератора, это полное противопоставление реактивной, на первый взгляд бесполезной мощности? Но это не так. Вспомните, сестры неразлучны между собой, так как любят друг друга, а пиво без пены никто не станет пить, да и забродить без неё напиток будет не в состоянии. То же можно сказать о реактивной мощности – без неё невозможно создание магнитных полей, так что с этой силой придется считаться. Но тут в дело пошли мозговые извилины изобретателей, которые решили сократить территориальное пространство (не гонять по проводам взад-вперед) этой, не совсем понятной, субстанции и вырабатывать её в непосредственной близости от объекта потребления.

Любой конденсатор является накопителем и источником реактивной энергииИсточник pikabu.ru

Сечение кабеля по мощности – таблица соотношений и как ею пользоваться

Для наглядного примера можно взять всем известный электрический фен, в котором есть двигатель, вращающий вал с лопастями – он называется турбиной для подачи горячего воздуха. Так вот, чтобы разгрузить линию электропередач от бесполезной беготни реактива от станции к потребителю и обратно, в корпус прибора встраивают конденсатор нужной емкости. А представьте себе ту же электросварку или токарный цех с десятками мощных станков, – какой потенциал высвобождается реактивным током для увеличения КПД. Если говорить техническим языком, то установка конденсаторов или других статических компенсирующих элементов называется компенсацией реактивной мощности. Получается, что активная и реактивная мощность, это две неразрывно связанных между собой величины.

Вырабатывать реактивную мощность могут также и генераторы на электростанциях любого типа. Для этого достаточно сменить ток возбуждения (перевозбуждения, недовозбуждения) и генератор окажется как поставщиком, так и потребителем этой величины. Но, это всего лишь законы физики, которые в данном случае не очень выгодны для людей, поэтому лучше всего переносить емкость накопления и отдачи, как можно ближе к источнику – в корпус прибора (агрегата) или в производственный цех.

Реактивная мощность за 5 минут простыми словами.

Простейший расчет мощности «теплого пола»

Полная мощность

Рисунок показывает, как вычислить полную мощностьИсточник electricalschool.info

Единица измерений активной мощности записывается, как P (Вт), реактивная, как Q (Вар), а полной, как S. Если их сложить вместе, то получим значение S или полную мощность: P+Q=S. Только это упрощенный вариант, а на практике это будет выглядеть, как S= √(P2+Q2) – квадратный корень из суммы квадратов Вт и Вар. Ничего не напоминает? Ну, конечно же, это ведь теорема Пифагора для прямоугольного треугольника, где вычисляется гипотенуза: c= √(a2+b2). Как видите, физико-математические величины всегда остаются неизменными. Получается, что активная и реактивная мощность, находясь в сети и образуя полное число S не так уж и полезна, а вот если её разделить на P и Q, то тут мы и получаем работу разных двигателей, катушек и трансформаторов.

Примечание: на практике активная и реактивная мощности совпадают крайне редко, но это не так важно. Просто обратите внимание, что при расчетах в записях технологи чаще всего используют косинус фи (cos φ) вместо Вар (var). Эта информация для того, чтобы вы не растерялись, столкнувшись с новым определением.

Теперь давайте обобщим то, о чем мы узнали. Если ток не активной, а индуктивной энергии и наоборот, ее нужно компенсировать или собрать при помощи различных конденсаторов, диодных мостов и т. п. Такой подход позволяет увеличить значение cos φ до 0,7-0,9, то есть, осуществить компенсацию реактивной мощности. Безусловно, для каких-либо вычислений нужна не условная единица измерения активной мощности, а конкретные цифры, но этому нельзя обучиться при помощи одной статьи.

Тепловая мощность: особенности и варианты расчета нагрузки на отопление

Учет реактивной мощности двигателей

70% мощностей современного предприятия зависит от электродвигателейИсточник youtube.com

Теперь давайте посмотрим, как вычисляется активная энергия для тех же электродвигателей, от которых на 70-80% зависит работоспособность современного предприятия – они крутят насосы, станки, вентиляторы, конвейеры и т.д. и т.п. Раз это так, то кто-то должен постоянно следить за тем, чтобы потребление мощности не стало вдруг необоснованно завышенным. Конечно, осуществлять такой контроль, скорее всего, будет компьютер, но не без участия человека (инженера).

Более всего реактивная энергия мощности тратится попусту в тех случаях, когда двигатель работает на холостых оборотах и если для насосов или конвейеров это ничтожная часть, то для станков – весьма ощутимое разбазаривание реактива. Но, порог наиболее эффективной работы электродвигателей находится в пределах 60-100%, а при более низких показателях бесполезный расход энергии все больше и больше приближается к значению холостого хода. О чем это говорит? О том, что при проектировании цеха не следует завышать его мощности – на практике это пойдёт только во вред производству.

Примечание: мировая практика показывает, что в последнее время инженеры-технологи ведущих предприятий отказываются от фазных роторов и отдают предпочтение асинхронным двигателям с короткозамкнутым ротором.

Мощность электроплиты: какая бывает и что влияет на энергопотребление

Активная, реактивная и полная мощность.

Заключение

Хороший инженер, зная о полной мощности генератора, двигателя может добиться высокого экономического эффекта для своего предприятия. Если учесть, что монтаж приборов компенсации реактивной мощности в целом составляет от 12 до 50% от оплаты энергетикам, то эта затея окупится где-то в течение года. В дальнейшем такая установка начинает приносить прибыль.

Описание параметра «Полная мощность» — Профсектор

Полная выходная мощность стабилизатора (VA) определяет максимальную величину мощности подключаемой к нему нагрузки.

Выбор стабилизатора напряжения по мощности.

При выборе стабилизатора необходимо учитывать:

1. суммарную мощность подключенной нагрузки — выходная мощность стабилизатора должна быть больше мощности, потребляемой нагрузкой.

Немного теории.

Полная мощность (S) состоит из активной мощности (P) и реактивной мощности (Q).

Связь между мощностями следующая:

• S — измеряется в вольт-амперах (ВА, VA)
• P — измеряется в ваттах (Вт, W)
• Q — измеряется в варах (Вар, var)

Существуют электроприборы, которые потребляют только активную мощность. Это любые нагревательные приборы (тэны, утюги, чайники и т.д.), лампы накаливания и т.д. Они не потребляют реактивную мощность, поэтому при выборе стабилизаторов для таких приборов можно учитывать в расчетах, что полная мощность равна активной мощности, S(VA)=P(W).

Также существуют электроприборы, которые потребляют не только активную мощность, но и реактивную мощность. Это электродвигатели, дроссели, трансформаторы и т.д.
Для расчета полной мощности для таких устройств используют специальный коэффициент мощности, cos (φ).
Формула расчет будет выглядеть следующим образом:

Cos (φ) определен для большинства типов оборудования и обычно он пишется на шильдике соответствующего прибора.   В тех случаях, когда нет возможности узнать значение cos (φ), примерный расчет производится с коэффициентом 0,75.

Примерные мощности электроприборов и их коэффициенты cos (φ) приведены в таблице.

Электроприборы	Мощность, Вт	cos (φ)		Электроприборы	Мощность, Вт	cos (φ)
Электроплита	1200 — 6000	1		Бойлер	1500 — 2000	1
Обогреватель	500 — 2000	1		Компьютер	350 — 700	0.95
Пылесос	500 — 2000	0.9		Кофеварка	650 — 1500	1
Утюг	1000 — 2000	1		Стиральная машина	1500 — 2500	0. 9
Фен	600 — 2000	1		Электродрель	400 — 1000	0.85
Телевизор	100 — 400	1		Болгарка	600 — 3000	0.8
Холодильник	150 — 600	0.95		Перфоратор	500 — 1200	0.85
СВЧ-печь	700 — 2000	1		Компрессор	700 — 2500	0.7
Электрочайник	1500 — 2000	1		Электромоторы	250 — 3000	0.7 — 0.8
Лампы накаливания	60 — 250	1		Вакуумный насос	1000 — 2500	0.85
Люминисцентные лампы	20 — 400	0.95		Электросварка (дуговая)	1800 — 2500	0. 3 — 0.6

2. пусковые токи — все электроприборы, в состав которых входит двигатели или дроссели в момент запуска потребляют в несколько раз больше мощности чем в рабочем режиме. В таких случаях полную мощность данного оборудования рассчитывают путем умножения потребляемой мощности (указана в паспорте прибора) на кратность пусковых токов (обычно 3-7).

3. запас мощности — чтобы увеличить срок службы стабилизатора, рекомендуется предусмотреть 20%-ный запас мощности. Таким образом, режим работы стабилизатора будет более «щадящим», а при необходимости можно будет подключить дополнительные электроприборы.

4. влияние входного напряжения на мощность — при уменьшении входного напряжения, уменьшается мощность стабилизатора. Данная зависимость приведена на графике.

ВНИМАНИЕ! Большинство аварий стабилизаторов, возникает от перегрузки по мощности при снижении выходного напряжения до величины менее минимально допустимой, обычно это 150…160 В

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
:

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.

AC power

http://en.wikipedia.org 
Wikipedia, свободная энциклопедия

Мощность определяется, как скорость потока энергии, проходящей через
заданную точку. Тоесть мощность – это отношение количества энергии, прошедшей
через данную точку за определённый промежуток времени, к величине этого
промежутка времени.

В цепях переменного тока, в отличие от цепей постоянного тока, присутствуют
не только рассеивающие энергию (активные) элементы, но и запасающие энергию
(реактивные) элементы, такие, как индуктивности и ёмкости. Индуктивные элементы
(катушки) запасают энергию в магнитном поле; ёмкостные элементы (конденсаторы)
запасают энергию в электрическом поле. Эти элементы вызывают переодическое
реверсирование потока энергии (энергия переходит из сети в энергию поля
элемента, а затем обратно). 

Скорость потока энергии, усреднённая за полный период колебания волны
переменного тока, показывающая полезную передачу энергии в одном
направлении, тоесть необратимое рассеяние энергии (преобразование электрической
энергии в другие виды энергии) на активных элементах цепи, известна как
активная мощность (в англ. лит. real power).

Максимальное мгновенное (амплитудное) значение скорости циркуляции энергии,
через энергозапасающие (реактивные) элементы цепи, известно как реактивная
мощность (в англ. лит. reactive power). Реактивная мощность
показывает обратимую циркуляцию энергии в системе. Рассеяния энергии на
реактивных элементах нет, так как энергия, полученная реактивными элементами в
течение периода от источника, и, энергия возвращённая реактивными элементами в
течение периода обратно в источник, равны.

Активная (real),
реактивная (reactive) и полная (apparent) мощность.

Инженеры используют несколько терминов для описания потока
энергии в системе: 

• Активная мощность или Real power (P)
• Реактивная мощность или Reactive power (Q)
• Комплесная мощность или Complex power (S) 
• Полная мощность или Apparent power (определяется
  как модуль комплексной мощности |S|)

Полная мощность — это модуль векторной суммы активной и
реактивной мощности.

На рисунке, P это активная мощность, Q это реактивная мощность (в данном
случае отрицательная), и длина вектора S это полная мощность.

Единица измерения всех видов мощностей — это Ватт (символ: Вт / англ. W). Тем не менее, эта единица
измерения зарезервирована для активной компоненты мощности. Полная мощность
традиционно выражается в вольт-амперах (ВА / англ. VA), так как полная мощность есть просто
результат умножения среднеквадратичного напряжения и среднеквадратичного тока.
Единица реактивной мощности обозначается термином «ВАр / англ. VAr», что значит вольт-ампер
реактивный. Так как реактивная мощность не передаёт полезную энергию на
нагрузку, она часто называется «безваттная» мощность («wattless» power).

Понимание соотношений между этими тремя величинами лежит в сердце понимания
силовой электротехники. Зависимость между этими величинами может быть выражена
математически с помощью векторов. Так же зависимость между этими величинами
может быть выражена с использованием комплексных чисел:                                  

(где j это
мнимая единица).

Комплексное число S
называется комплексной мощностью.

Рассмотрим идеальную цепь переменного тока состоящую из источника энергии и
обобщённой нагрузки, причём, как ток, так и напряжение, синусоидальные. Если
нагрузка чисто резистивная (то-есть активная), тогда ток и напряжение меняют
полярность одновременно; направление потока энергии не меняет знак и всегда
положительное, поэтому вся мощность (поток энергии) активная. Если нагрузка чисто
реактивная, тогда напряжение и ток различаются по фазе на 90 градусов, и поток
полезной энергии отсутствует. За четверть периода энергия из сети поступает в
реактивную нагрузку (где переходит в энергию магнитного или электрического
поля), а за следующую четверть периода обратно. Максимальное мгновенное
(амплитудное) значение скорости потока энергии, которая циркулирует, в течение
периода, от источника к реактивной нагрузке и обратно, известно как реактивная
мощность.

Если ёмкость и индуктивность включены параллельно, тогда токи, текущие через
индуктивность и ёмкость, противоположны и стремятся взаимоуничтожиться быстрее,
чем происходит добавка тока. Обычно считают, что ёмкость генерирует реактивную
мощность, а индуктивность поглащает её. Это есть фундаментальный механизм
контроля коэффициента мощности в системах передачи электрической энергии;
ёмкости (или индуктивности) включаются в цепь с целью частичного уничтожения
реактивной мощности нагрузки. Практически любая нагрузка будет иметь активную,
индуктивную и ёмкостную части, и поэтому, как активная, так и реактивная
мощность, будет поступать в нагрузку.

Полная мощность есть произведение среднеквадратичного тока на
среднеквадратичное напряжение. Полная мощность удобна для оценки характеристик
оборудования и проводов/кабелей, так как показывает максимальные значения тока
и напряжения в системе. Тем не менее, если две разные нагрузки характеризуются
определёнными  значениями полной
мощности, то их сумма не даст точного значения полной мощности суммарной нагрузки,
если обе нагрузки не имеют одинакового смещения (сдвига фаз) между током и
напряжением.   

Коэффициент мощности (Power factor)

Отношение активной мощности к полной мощности в цепи называется
коэффициентом мощности. Для всех случаев, когда формы тока и напряжения чисто
синусоидальные, коэффициент мощности равен косинусу угла сдвига фаз (φ) между синусоидами тока и
напряжения. По этой причине, в технических характеристиках оборудования часто
обозначают коэффициент мощности как «cosφ».  

Коэффициент мощности равен 1, когда фазы напряжения и тока совпадают, и
равен нулю, когда ток опережает или отстаёт от напряжения на 90 градусов.
Коэффициент мощности определяется как опережающий или отстающий. Для двух
систем, передающих одинаковое количество активной мощности, система с более
низким коэффициентом мощности будет иметь более высокие значения циркулирующих
в системе токов, благодаря энергии, возвращаемой в источник из энергозапасающих
элементов нагрузки. Эти более высокие токи в реальной системе приведут к более
высоким потерям и уменьшат общую эффективность передачи энергии. Цепь с более
низким коэффициентом мощности будет иметь более высокую полную мощность и более
высокие потери для тогоже количества передаваемой активной мощности.

Ёмкостные цепи вызывают реактивную мощность, причём синусоида тока опережает
синусоиду напряжения на 90 градусов. Индуктивные цепи вызывают реактивную
мощность, причём синусоида тока отстаёт от 
синусоиды напряжения на 90 градусов. Результатом этого является
стремление индуктивных и ёмкостных элементов уничтожить вырабатываемую
реактивную мощность друг друга соответственно.

Реактивная
мощность

В системах передачи и распределения энергии, значительные усилия прилагаются
для контроля реактивной мощности. Обычно это делается автоматически путём
подключения и отключения больших массивов дросселей (реакторов) или
конденсаторов, настройкой системы возбуждения генератора и другими методами.
Компании дистрибьюторы электроэнергии могут использовать счётчики
электроэнергии, которые измеряют реактивную мощность с целью выявления и
штрафования пользователей с нагрузками, имеющими низкий коэффициент мощности.
Особенно описанные меры относятся к пользователям эксплуатирующим высоко
индуктивные нагрузки, такие, как моторы на насосных станциях.

Несбалансированные
многофазные системы

В то время, как активная мощность и реактивная мощность точно определены в
любой системе, определение полной мощности для несбалансированных многофазных
систем считается одной из самых спорных тем в силовой электротехнике.
Первоначально термин «полная мощность» возник просто как оценка качества
системы. Формирование и план концепции приписываются Виллиаму Стэнли (Феномен
запаздывания в катушке индуктивности, 1888) и Чарльзу Штейнмитцу (Теоретические
элементы проектирования, 1915). Тем не менее, с развитием трёхфазных систем
переменного тока, стало ясно, что определение полной мощности и коэффициента
мощности не может быть применено к несбалансированным многофазным системам. В
1920 году  Специальный Объединённый комитет
Американского Института Инженеров-Электриков (AIEE) и Национальная Ассоциация
Электрического Освещения встретились, чтобы решить эту проблему. Они
рассмотрели два определения:

В этом случае коэффициент мощности определён, как отношение суммы активных
мощностей всех фаз к сумме полных мощностей всех фаз. Обычно этот метод
применяется в приборах измеряющих параметры сети.

В этом случае коэффициент мощности определён, как отношение суммы активных
мощностей всех фаз к модулю суммы комплексных мощностей всех фаз.

В 1920 году комитет не нашёл согласия по этому вопросу. В дальнейшем
доминировали дискуссии по этой теме. В 1930 году был сформирован другой комитет
и повторно оказался не в состоянии решить вопрос. Расшифровки стенограмм
дискуссий самые длинные и самые спорные из когда либо опубликованных AIEE (Эмануэль, 1993).
Окончательное решение по этому вопросу не было достигнуто до конца 1990-ых.

Основные вычисления с использованием реальных чисел.

Идеальный резистор не накапливает энергию, фаза тока и напряжения совпадают.
Поэтому реактивной составляющей мощности нет и P = S. Поэтому для идеального
резистора:

Для идеальной ёмкости или индуктивности, с другой стороны, нет передачи
полезной мощности, так как вся мощность реактивная. Поэтому для идеальной ёмкости
или индуктивности:

Где X это реактивное сопротивление (англ.
reactance) ёмкости или
индуктивности.

Если определить величину X
как положительную для индуктивности и отрицательную для ёмкости, тогда мы можем
убрать знаки модуля (для Q и X)
из уравнения выше.

Общие вычисления с использованием векторов и комплексных
чисел.

(В этом разделе знак тильда (~) будет использован для обозначения векторов
или комплексных величин, а буквы без дополнительных знаков обозначают модули
векторов соответствующих величин.)

Рассмотрим, скажем, последовательную цепь состоящую из активного
(резистивного) сопротивления и реактивного сопротивления. Используя все, что
было сказано выше, мы можем записать следующее выражение:

это выражение можно упростить:

примем следующее обозначение комплексного сопротивления (комплексного
импеданса):

тогда

Умножение комплексного числа на сопряжённое с ним комплексное число даёт
квадрат модуля этого числа (тоесть действительное число которому на комплексной
плоскости соответствует вектор, угол которого равен 0):

Закон Ома для переменного тока:

Из свойств сопряжённых комплексных чисел отсюда следует:

Подставляя последние три выражения в выражение для мощности получим:

Многочастотные
системы.

Приведённое выше определение полной мощности применимо и к многочастотным
системам, так как среднеквадратичное значение (СКЗ /  англ. RMS) тока и напряжения может быть вычислено для любой
формы волны и следовательно отсюда может быть вычислена полная мощность.

Для вычисления активной мощности, казалось бы, мы должны вычислить
произведение тока и напряжения (причем и ток и напряжение есть сумма нескольких
синусоид с разными частотами) и усреднить его. Тем не менее, если внимательно
посмотреть на одно из слагаемых, полученных в результате перемножения тока на
напряжение, мы придём к интересному результату.

Конечно усреднение по времени функции вида cos(ωt + k)
есть ноль при условии, что ω не равно нулю. Поэтому единственные слагаемые, которые не будут
равны нулю после усреднения – это те, для которых частота напряжения равна
частоте тока (в примере выше это второе слагаемое, которое при ω₁ = ω₂ не зависит от времени и
поэтому при усреднении не равно нулю). Другими словами, активную (усреднённую)
мощность можно вычислить просто вычислив активные мощности для каждой частоты
по отдельности, а затем все полученные мощности сложить.

Реактивная мощность, в случае многочастотной системы, так
же находится как сумма реактивных мощностей всех гармоник. Тем не менее при
измерении реактивной мощности в многочастотных цепях переменного тока используют
упрощённый метод расчёта реактивной мощности – метод замены несинусоидальных
токов и напряжений эквивалентными синусоидальными. Обычно этот метод
применяется в приборах измеряющих параметры сети. В этом случае:

Коэффициент мощности при этом определяется как:

Если мы примем за условие, что напряжение в сети имеет единственную частоту
(как это обычно и бывает), то это покажет, что гармонические токи очень плохая
вещь. Они будут увеличивать среднеквадратичное значение тока (за счёт
дополнительных добавок не равных нулю) и так же следовательно увеличивать
полную мощность, но они не окажут влияния на передачу активной мощности.
Следовательно, гармонические токи будут уменьшать коэффициент мощности.

Гармонические токи могут быть уменьшены с помощью фильтра, установленного на
входе устройства. Обычно такой фильтр состоит только из ёмкостной цепи (в этом
случае роль индуктивных и резистивных элементов фильтра играют паразитные
сопротивление и индуктивность сетевого источника питания) или из
индуктивно-ёмкостной электрической цепи. Цепь активной коррекции коэффициента
мощности (active power factor correction APFC),
установленная на входе устройства, ещё более эффективно уменьшает гармонические
токи и, следовательно, ещё более приближает коэффициент мощности к
единице.  

Баланс активной мощности – обзор

Механические характеристики ротора ПГ эмулируются через инерцию ротора и поведение демпфирования путем формирования баланса активной мощности и корреляции виртуального угла ротора в контуре активной мощности. Таким же образом контур реактивной мощности настраивает амплитуду напряжения VSG. Блок-схема управления для типичного VSG показана на рис. 19.4. В соответствии с заданными значениями активной и реактивной мощности Pset и Qset, контроллеры регулятора и регулятора статизма регулируют задания активной и реактивной мощности для контуров активной и реактивной мощности, как это делают блоки регулятора и автоматического регулятора напряжения (АРН), соответственно. .Например, контур активной мощности регулирует частоту на основе изменений активной мощности от контроллера статического режима с определенным моментом инерции и коэффициентом демпфирования.

Рисунок 19.4. Блок-схема управления исследуемым виртуальным синхронным генератором, реализованным в системе на рис. 19.3.

Наклоны регулятора Q-Vpcc AVR и P-ωvsg могут быть выражены следующим образом: номинальная частота и амплитуда напряжения соответственно.ωvsgi — виртуальная частота, генерируемая контуром активной мощности, Vpcci — среднеквадратичное значение напряжения PCC, а kgov, kavr — коэффициенты постоянного спада для регулятора и контуров АРН соответственно. Усиления регулятора и АРН рассчитываются с учетом эксплуатационных ограничений как

(19.14)kgov=PmaxP-droop%100×ω0,kavr=QmaxQ-droop%100×E0,

, где P-droop % и Q-droop % — постоянные скорости спада. В контуре управления активной мощностью уравнение качания, описывающее электромеханическую динамику СГ, может быть реализовано для ВРУ, подключенного к сети, как

(19.15)Jd2qvsgdt2=(T∗−Tem)−D(wvsg−w0),

, где J – виртуальная инерция, D – постоянная демпфирования, T∗=P∗/ω0 – момент регулятора, Tem=Pe/ω0 — электромеханический момент. Таким же образом динамика контура управления реактивной мощностью реализуется как

(19.16)KvdEdt=(Qs−Qe)−kavr(Vpcc−E0),

, где Kv — коэффициент усиления интегратора для контура управления напряжением. Pe и Qe обозначают активную и реактивную мощности, передаваемые от VSG на сторону сети, которые можно выразить как

(19.17)Pe=E2G+EVgBsinδ−EVgGcosδ,Qe=E2B−EVgBcosδ−EVgGsinδ,

, где G=rt/(rt2+xt2), B=xt/(rt2+xt2). xt и rt представляют собой общую индуктивность и сопротивление импеданса соединения между VSG и стороной сети соответственно.

Активная, реактивная и полная мощность

В этом блоге мы поймем концепцию активной, реактивной и полной мощности. Мы также будем изучать мгновенную мощность. Мы также увидим, как активная, реактивная и кажущаяся мощности связаны друг с другом, что объясняется треугольником мощности.Итак, в конце этого блога мы изучим треугольник власти. Поэтому в этом блоге есть о чем рассказать. Итак, начнем.

Для инженера-электрика очень важно иметь знания об активной, реактивной и полной мощности, потому что эта тема является одним из строительных блоков энергосистемы.

Активная, реактивная и кажущаяся мощность имеет значение только в случае цепей переменного тока, а не в случае цепей постоянного тока, потому что все мы знаем, что формы сигналов напряжения и тока синусоидальны в случае цепей переменного тока.

Вот почему мы изучаем активную, реактивную и полную мощность в цепях переменного тока, а не в цепях постоянного тока. В цепях постоянного тока мы изучаем мощность постоянного тока.

Прежде чем изучать активную, реактивную и полную мощность, мы должны знать, что такое мгновенная мощность?

МГНОВЕННАЯ МОЩНОСТЬ

Мощность, измеряемая в определенный момент времени, известна как Мгновенная мощность.

(ИЛИ)

Умножение напряжения и тока в определенный момент времени известно как Мгновенная мощность.

Чтобы понять концепцию мгновенной мощности, давайте рассмотрим форму волны некоторой цепи, показанной на диаграмме ниже.

В момент t ₁

P ₁ = V ₁ (+ve) * I ₁ (-ve) = -ve

Мгновенная мощность P ₁ в момент t ₁ отрицательная.

В момент t ₂

P ₂ = V ₂ (+ve) * I ₂ (+ve) = +ve

Мгновенная мощность P ₂ в момент времени t ₂ положительна.

Из приведенного выше примера мы можем сказать, что

• Мгновенная мощность иногда может быть как положительной, так и отрицательной.

Что такое положительная сила и отрицательная сила?

Положительная мощность

Когда мощность течет от источника к нагрузке в цепи, мощность называется Положительной мощностью.

Отрицательная мощность

В некоторых ситуациях мощность может передаваться от нагрузки к источнику.В этом случае мощность известна как Negative Power.

• Отрицательная мощность индуцируется в цепи в случае индуктивной нагрузки, емкостной нагрузки и при наличии некоторых нелинейных устройств, таких как выпрямительный мост.

АКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ

Чтобы понять концепцию активной мощности, давайте возьмем пример чисто резистивной цепи.

На принципиальной схеме чисто резистивная нагрузка питается от источника переменного тока с напряжением В и током в цепи I.

В случае чисто резистивной нагрузки и напряжение, и ток остаются в одной фазе, как показано на векторной диаграмме. Это означает, что сигналы напряжения и тока одновременно достигают своего положительного и отрицательного пика, и оба сигнала пересекают нулевое значение в один и тот же момент времени, и это можно проверить на формах сигналов, приведенных ниже.

Теперь мы увидим полярность мгновенной мощности в разные моменты времени.

В момент t ₁

P ₁ = V ₁ (+ve) * I ₁ (+ve) = +ve

В момент t ₂

P ₂ = V ₂ (-ve) * I ₂ (-ve) = +ve

Следовательно, в случае чисто резистивной нагрузки мощность всегда положительна в каждый момент времени, что означает, что мощность всегда течет от источника к нагрузке. Этот тип мощности известен как Active Power.

Свойства активной мощности

• Активная мощность всегда положительна.
• Активная мощность не меняет своего направления, как вы можете видеть на осциллограмме.
• Он всегда течет от источника к нагрузке.
• Активная мощность всегда отвечает за полезную работу, например: свет, звук, движение и т. д.
• Обозначается буквой «P» и измеряется в «Ваттах».{ \circ } }\)
• \(\Стрелка вправо P=VI\quad Watts\)

РЕАКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ

Мы поймем понятие реактивной мощности с помощью чисто индуктивной цепи.

На электрической схеме чисто индуктивная нагрузка питается от источника переменного тока с напряжением В и током в цепи л.

В случае чисто индуктивной нагрузки ток отстает от напряжения питания на 90 ^o , как показано на векторной диаграмме.

Это означает, что кривая тока достигает своего положительного пика, отрицательного пика и пересекает нулевое значение 90 ^o после кривой напряжения. Ниже приведены формы сигналов напряжения, тока и мощности для чисто индуктивной нагрузки.

Теперь мы увидим полярность мгновенной мощности в разные моменты времени.

В момент t ₁

P ₁ = V ₁ (+ve) * I ₁ (-ve) = -ve

В момент t ₂

P ₂ = V ₂ (-ve) * I ₂ (-ve) = +ve

Следовательно, в случае чисто индуктивной нагрузки мощность бывает как положительной, так и отрицательной.Это означает, что мощность движется вперед и назад между источником и нагрузкой точно так же, как маятник, не совершая никакой полезной работы в системе. Этот тип мощности известен как реактивная мощность .

Теперь посмотрим, что происходит в случае с чисто емкостной нагрузкой .

В случае чисто емкостной нагрузки ток опережает напряжение на 90 ^o , что означает, что кривая тока достигнет своего положительного пика, отрицательного пика и нулевого значения 90 ^o раньше, чем кривая напряжения.Диаграмма вектора и формы сигналов для чисто емкостной нагрузки приведены ниже.

На осциллограмме мощности видно, что мощность является как положительной, так и отрицательной, что означает, что мощность колеблется между источником и нагрузкой, не совершая никакой полезной работы. Этот тип мощности известен как реактивная мощность .

Если мы внимательно понаблюдаем за формами сигналов мощности как в случае чисто индуктивной, так и чисто емкостной нагрузки, мы обнаружим, что величина положительной и отрицательной мощности точно такая же.

Следовательно, средняя мощность при чисто индуктивной нагрузке и чисто емкостной нагрузке равна нулю.

Почему мощность течет туда и обратно в случае индуктивных и емкостных нагрузок?

Во время положительного полупериода, когда мощность положительна, т. е. мощность течет от источника к нагрузке, конденсатор накапливает энергию в виде электрического поля.

Во время отрицательного полупериода электрическое поле конденсатора разрушается, и вся энергия, запасенная в конденсаторе, возвращается к источнику, и мощность начинает течь от нагрузки к источнику.Таким образом, мы получаем отрицательную мощность.

Аналогично, в случае индуктивной нагрузки, во время положительного полупериода, когда мощность положительна, т. е. мощность течет от источника к нагрузке, индуктор сохраняет энергию в виде магнитного поля.

Во время отрицательного полупериода магнитное поле катушки индуктивности разрушается, и любая энергия, запасенная в катушке индуктивности, высвобождается и отправляется обратно к источнику, после чего мощность начинает течь от нагрузки к источнику. { \circ } }\)

МОЩНОСТЬ 905

Случаи, которые мы видели до сих пор (чисто резистивная, чисто индуктивная и чисто емкостная нагрузка), являются стандартными случаями.

На самом деле, большинство нагрузок, которые мы используем в повседневной жизни (например, электрический вентилятор, электрический утюг, асинхронный двигатель и т. д.), представляют собой комбинацию резистивной и индуктивной нагрузки. Некоторые нагрузки также могут быть комбинацией резистивной и емкостной нагрузки, но большинство бытовых и промышленных нагрузок представляют собой смесь резистивной и индуктивной нагрузки.

Общая схема для комбинации резистивной и индуктивной нагрузки показана на схеме.

Резистивный компонент потребляет активную мощность, а индуктивный компонент потребляет реактивную мощность.Следовательно, общая мощность, отдаваемая источником, представляет собой комбинацию активной и реактивной мощности, и эта мощность известна как кажущаяся мощность.

В случае комбинации резистивной и индуктивной нагрузки ток отстает от напряжения питания на угол \(\phi\), что означает, что форма кривой тока достигнет своего положительного пика, отрицательного пика и нулевого значения с фазовой задержкой \(\phi \) из кривой напряжения.

Диаграмма вектора и формы сигналов для смеси резистивной и индуктивной нагрузки приведены ниже.

На диаграмме осциллограммы видно, что мощность бывает как положительной, так и отрицательной из-за наличия в цепи активной и реактивной мощности. Кроме того, величина положительной мощности больше, чем величина отрицательной мощности.

Следовательно, средняя мощность в этом случае не будет равна нулю и, следовательно, мы получим некоторую мощность из системы. Но в этом случае средняя мощность меньше по сравнению со средней мощностью чисто резистивной цепи.

Свойства полной мощности

• Полная мощность представляет собой комбинацию активной мощности и реактивной мощности. { 2 }\)

ТРЕУГОЛЬНИК СИЛЫ

Треугольник мощности — это прямоугольный треугольник, показывающий взаимосвязь между активной, реактивной и полной мощностью.

Основание, нормаль и гипотенуза прямоугольного треугольника представляют соответственно активную, реактивную и полную мощность.

Чтобы получить треугольник мощности, мы будем использовать векторную диаграмму смеси резистивной и емкостной нагрузки.

При сочетании резистивной и емкостной нагрузки ток опережает напряжение питания на некоторый угол \(\phi\) .Теперь ток можно разложить на две перпендикулярные составляющие, равные

.

• \(I\cos { \phi }\) = Составляющая тока (I), которая находится в фазе с напряжением питания (V).
  • \(I\cos { \phi }\) известен как Активная или ваттная составляющая тока (I)
• \(I\sin { \phi }\) = Составляющая тока (I), что на 90 ^o не совпадает по фазе с напряжением питания (V).
  • \(I\sin { \phi }\) известен как Реактивная или Бесхитростная составляющая тока (I)

Теперь, чтобы получить треугольник мощности, давайте нарисуем треугольник тока отдельно.{ 2 }\)

Часы активной, реактивной и полной мощности

Подробнее

Распределительное устройство и защита

Системы управления и типы систем управления

промышленных потребителей сокращают расходы за счет повышения коэффициента мощности

Низкий коэффициент мощности вызывает перепады напряжения и потери энергии в системе, что приводит к необходимости увеличения мощности всех объектов от электростанции до электрощита. Улучшая коэффициент мощности, вы можете снизить плату за потребление и повысить эффективность оборудования.

ЧТО ТАКОЕ КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ?

Коэффициент мощности – это отношение активной мощности к полной мощности. Поставляемая нами мощность называется полной мощностью (кВА). Полная мощность делится на активную мощность (кВт) и реактивную мощность (кВАр). Активная мощность обеспечивает энергию для движения, тепла, света и звука. Реактивная мощность (индуктивная) используется для создания магнитных полей, необходимых для привода вращающегося оборудования, такого как двигатели, компрессоры и т. д.

Коэффициент мощности = Активная мощность (кВт) X 100 / Полная мощность (кВА)

При установке конденсаторов реактивная составляющая мощности (кВАр) коммунального предприятия будет уменьшаться, вызывая уменьшение полной составляющей мощности (кВА), тем самым улучшая коэффициент мощности.

Пример:

Клиент «А» имеет груз со следующими характеристиками:

Полная мощность = 100 кВА

Активная мощность = 80 кВт

Реактивная мощность = 60 кВАр

Коэффициент мощности> = 80 %

Установка конденсаторов на 30 кВАр уменьшит реактивную мощность, подаваемую коммунальным предприятием, до 30 кВАр, а полную мощность, подаваемую коммунальным предприятием, до 85. 4 кВА. Коэффициент мощности, измеренный на счетчике, увеличивается до 80 кВт / 85 кВА > X 100 = 94%.

 

Соотношение между активной мощностью (кВт), полной мощностью (кВА) и реактивной мощностью (кВАр) может быть представлено треугольником следующим образом:

Что касается «индуктивных нагрузок», то это нагрузка, в которой используются магнитные поля. Например: двигатели, реле, соленоиды. Одно эмпирическое правило заключается в том, что если он движется, это, вероятно, индуктивная нагрузка.

Энергия, используемая и необходимая для передачи реальной энергии, но не выполняющая никакой реальной работы. То есть: мощность, используемая для создания магнитных полей во вращающемся оборудовании, таком как двигатели. Единица, используемая для реактивной мощности, — вольт-ампер реактивный (ВАР).

Используется для выражения реактивной мощности в цепи. 1000 вольт-ампер реактивного (ВАР) = 1 киловольт-ампер реактивного (кВАр).

Обычно используется для выражения силы во всех формах, но зарезервирован для выражения реальной силы. 1000 ватт (Вт) = 1 киловатт (кВт).

Используется для выражения общей нагрузки в цепи.1000 ВА = 1 кВА (киловольт-ампер).

Электронное устройство, способное накапливать электрический заряд. Обычно они состоят из двух проводников, разделенных изоляционным материалом.

Мощность, представляющая собой комбинацию «активной мощности» и «реактивной мощности». Единицей измерения полной мощности является вольт-ампер (ВА).

Мощность, используемая для выполнения механической работы и работы резистивных нагрузок, таких как нагреватели и лампы накаливания. Единицей, используемой для активной мощности, является ватт (Вт).

Плата, которую электроэнергетическая компания включила в ваш счет за пиковое потребление.Плата за потребление обычно выводится из пиковых кВт или кВА.

Отношение реальной мощности, поступающей в нагрузку, к полной мощности в цепи.

Реальная, реактивная комплексная и полная мощность

Полная мощность представляет собой векторную сумму активной и реактивной мощности

Инженеры используют следующие термины для описания потока энергии в системе (и назначают каждому из них разные единицы, чтобы различать их):

• Активная мощность ( P ) [Единица: Вт]
• Реактивная мощность ( Q ) [Единица: ВАР]
• Комплексная мощность ( S )
• Полная мощность (| S |) [Единица: ВА]: i.е. абсолютное значение комплексной мощности S .

P — активная мощность, Q — реактивная мощность (в данном случае отрицательная), S — комплексная мощность, а длина S — полная мощность.

Единицей для всех форм мощности является ватт (обозначение: Вт) . Однако эта единица обычно зарезервирована для активной составляющей мощности. Полная мощность обычно выражается в вольт-амперах (ВА), поскольку она представляет собой простое произведение среднеквадратичного значения напряжения и среднеквадратичного значения тока.Единице реактивной мощности дается специальное название «ВАР» , что означает реактивный вольт-ампер (поскольку поток реактивной мощности не передает полезной энергии в нагрузку, ее иногда называют «безваттной» мощностью). Обратите внимание, что не имеет смысла назначать одну единицу комплексной мощности, потому что это комплексное число, и поэтому оно определяется как пара из двух единиц: Вт и вар.

Понимание соотношения между этими тремя величинами лежит в основе понимания энергетики.Математическая связь между ними может быть представлена ​​векторами или выражена комплексными числами 90 548 (где j — мнимая единица).

Комплексное значение

S называется комплексной мощностью

.

Рассмотрим идеальную цепь переменного тока (AC), состоящую из источника и общей нагрузки, где и ток, и напряжение синусоидальны. Если нагрузка является чисто резистивной, две величины одновременно меняют свою полярность, направление потока энергии не изменяется, и течет только реальная мощность.Если нагрузка чисто реактивная, то напряжение и ток сдвинуты по фазе на 90 градусов, и поток полезной мощности отсутствует. Эта энергия, текущая назад и вперед, известна как реактивная мощность.

Если конденсатор и катушка индуктивности соединены параллельно, то токи, протекающие через катушку индуктивности и конденсатор, противодействуют друг другу и имеют тенденцию компенсировать, а не суммировать. Обычно считается, что конденсаторы генерируют реактивную мощность, а катушки индуктивности — потребляют ее. Это основной механизм управления коэффициентом мощности при передаче электроэнергии; конденсаторы (или катушки индуктивности) вставляются в цепь, чтобы частично компенсировать реактивную мощность нагрузки.Практическая нагрузка будет иметь резистивную, индуктивную и емкостную части, поэтому в нагрузку будет поступать как активная, так и реактивная мощность.
Полная мощность является произведением напряжения и тока. Полная мощность удобна для определения размеров оборудования или проводки. Однако суммирование кажущейся мощности для двух нагрузок не даст точного значения полной кажущейся мощности, если они не имеют одинакового смещения между током и напряжением.

 Коэффициент мощности:

Коэффициент мощности измеряет эффективность системы электропитания переменного тока.Коэффициент мощности – это реальная мощность на единицу полной мощности. (pf = Вт·ч/ВА·ч) Коэффициент мощности, равный единице, идеален, а 99 % – это хорошо. Там, где сигналы чисто синусоидальные, коэффициент мощности равен косинусу фазового угла (f) между синусоидальными сигналами тока и напряжения. По этой причине в технических паспортах оборудования и на паспортных табличках коэффициент мощности часто указывается как «cosf».
Коэффициент мощности равен 1, когда напряжение и ток совпадают по фазе, и равен нулю, когда ток опережает или отстает от напряжения на 90 градусов. Коэффициенты мощности обычно обозначаются как «опережающие» или «отстающие», чтобы показать знак фазового угла, где опережение указывает на отрицательный знак. Для двух систем, передающих одинаковое количество активной мощности, система с более низким коэффициентом мощности будет иметь более высокие циркулирующие токи из-за энергии, которая возвращается к источнику из запасов энергии в нагрузке. Эти более высокие токи в практической системе приведут к более высоким потерям и снизят общую эффективность передачи. Схема с более низким коэффициентом мощности будет иметь более высокую кажущуюся мощность и более высокие потери при том же самом количестве передаваемой реальной мощности.
Чисто емкостные цепи вызывают реактивную мощность, при этом форма волны тока опережает волну напряжения на 90 градусов, в то время как чисто индуктивные цепи вызывают реактивную мощность, при этом форма волны тока отстает от формы волны напряжения на 90 градусов. Результатом этого является то, что емкостные и индуктивные элементы схемы имеют тенденцию компенсировать друг друга.

Поток реактивной мощности:

При передаче и распределении электроэнергии предпринимаются значительные усилия для контроля потока реактивной мощности. Обычно это делается автоматически путем включения и выключения катушек индуктивности или батарей конденсаторов, регулировки возбуждения генератора и другими способами.Розничные продавцы электроэнергии могут использовать счетчики электроэнергии, которые измеряют реактивную мощность, чтобы финансово наказать клиентов с низким коэффициентом мощности. Это особенно актуально для заказчиков, эксплуатирующих высокоиндуктивные нагрузки, такие как двигатели на водяных насосных станциях.

Интеллектуальная батарея:

Выходной ток зависит от состояния батареи. Интеллектуальное зарядное устройство может контролировать напряжение, температуру и/или время зарядки аккумулятора, чтобы определить оптимальный зарядный ток в данный момент.Зарядка прекращается, когда сочетание напряжения, температуры и/или времени указывает на то, что батарея полностью заряжена.

Для Ni-Cd и NiMH аккумуляторов напряжение на аккумуляторе медленно увеличивается в процессе зарядки, пока аккумулятор не будет полностью заряжен. После этого напряжение уменьшается , что указывает интеллектуальному зарядному устройству, что аккумулятор полностью заряжен. Такие зарядные устройства часто маркируются как зарядное устройство мкВ или «дельта-V», что указывает на то, что они контролируют изменение напряжения.

Типичное интеллектуальное зарядное устройство быстро заряжает аккумулятор примерно до 85% от его максимальной емкости менее чем за час, а затем переключается на подзарядку, которая занимает несколько часов, чтобы полностью зарядить аккумулятор.

Вольт Ампер:

Вольт-ампер в электрическом выражении означает количество полной мощности в цепи переменного тока, равное току в один ампер при ЭДС в один вольт. Это эквивалентно ваттам для нереактивных цепей.

• 10 кВ·А = мощность 10 000 Вт (где префикс k равен килограмму)
• 10 МВ·А = мощность 10 000 000 Вт (где M равно мега)

В то время как вольт-ампер и ватт эквивалентны единице могут найти продукты, оцененные как в ВА, так и в ваттах с разными числами. Это обычная практика для ИБП (источников бесперебойного питания). Номинальная мощность в ВА — это полная мощность, которую ИБП способен производить, а номинальная мощность в ваттах — это реальная мощность (или реальная мощность), которую он способен производить, в отличие от реактивной мощности. Реактивная мощность возникает из-за влияния емкости и индуктивности компонентов в нагрузке, питаемой от цепи переменного тока. При чисто резистивной нагрузке (например, лампы накаливания) кажущаяся мощность равна фактической мощности, а количество используемых ВА и ватт будет эквивалентным.Однако в более сложных нагрузках, таких как компьютеры (для питания которых предназначены ИБП), потребляемая кажущаяся мощность (ВА) будет больше фактической используемой мощности (ватты). Отношение этих двух величин называется коэффициентом мощности.

Что такое полная мощность (кВА), активная мощность (кВт) и реактивная мощность (кВАр)

ПОЛНАЯ МОЩНОСТЬ (кВА): киловольт-ампер является мерой полной мощности в цепи переменного тока. Он используется для оценки того, сколько энергии может обеспечить источник питания.KVA обычно используется для оценки таких источников, как трансформаторы, генераторы, ИБП и т. д. Его также называют мнимой мощностью. Фактическая мощность (кВт), потребляемая нагрузками, подключенными к цепи, может быть получена путем умножения полной мощности
(кВА) на коэффициент мощности. Это может быть выражено в комплексной форме как

полная мощность (кВА) = активная мощность (кВт) + i реактивная мощность 
        

АКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ (кВт): Единицей активной или реальной мощности в цепи переменного тока является кВт. Активная мощность, полученная путем умножения полной мощности на коэффициент мощности.Это мощность, потребляемая нагрузками, подключенными к цепи переменного тока. Если в цепь переменного тока включены только резистивные нагрузки, то коэффициент мощности будет равен единице, а полная мощность станет равной активной мощности.

активная мощность (кВт) = полная мощность (кВА) * коэффициент мощности

РЕАКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ (кВАр): Реактивная мощность представляет собой мнимую часть полной мощности, выраженную в комплексной форме. Если нагрузка в цепи переменного тока является только резистивной, мощность всегда будет течь от источника к нагрузке. Если реактивная нагрузка (катушка индуктивности или конденсатор) подключена к цепи переменного тока, в цепи возникает реактивная мощность.Реактивная мощность постоянно колеблется между источником и нагрузкой. Он представляет собой энергию, которая сначала накапливается, а затем высвобождается в магнитном поле катушки индуктивности или в электрическом поле конденсатора, включенного в цепь. Поскольку реактивная мощность скачет туда-сюда между источником и нагрузкой, она не обеспечивает никакой энергии для нагрузки и потребляет больше тока от сети, поэтому в линиях цепи происходят большие потери тепла. Реактивную мощность можно уменьшить, увеличив коэффициент мощности (уменьшив фазовый угол).Этого можно достичь, предусмотрев в схеме специально разработанную емкостную батарею.

Об авторе

Г-н Маной Морской инженер, работающий в ESM. Он отвечает за отдел рекламы и техническую поддержку в Marinesite. Кроме того, он проявляет большой интерес к электротехнике. Вы можете найти его на Facebook Google+.

Что такое активная, реактивная и полная мощность?

Активная мощность

Мощность, потребляемая нагрузкой для выполнения работы, называется истинной мощностью, активной мощностью или реальной мощностью.Когда электрическая энергия подается на нагрузку, электрическая энергия преобразуется в другие формы энергии, такие как тепловая, механическая или химическая. Таким образом, мощность, фактически потребляемая электрической нагрузкой, называется активной мощностью. Нагреватель с номиналом 220 вольт, 400 ватт потребляет 400 ватт, когда на его резистивный элемент подается 220 вольт. Мощность 400 ватт, потребляемая нагревателем, является реальной мощностью или активной мощностью. Активная мощность измеряется в киловаттах (кВт) или МВт.
Для расчета активной мощности рассчитывается ток, протекающий в фазе с приложенным напряжением.

Произведение напряжения и тока в фазе с напряжением дает реальную мощность или активную мощность.

Реактивная мощность

Мощность, которая течет от источника к нагрузке и от нагрузки к источнику, называется реактивной энергией. Реактивная энергия течет в обоих направлениях. Реактивная мощность измеряется в киловольтах-амперах реактивных (кВАр) или МВАР.

Индуктивная нагрузка вызывает реактивный ток, поэтому ток отстает от приложенного напряжения.Емкостная нагрузка вызывает реактивное сопротивление приложенному напряжению, и, таким образом, ток опережает приложенное напряжение. Сдвиг фаз между напряжением и током всегда существует, если нагрузка емкостного или реактивного типа.

Полное сопротивление, обеспечиваемое емкостными и индуктивными нагрузками, вызывает потоки энергии туда и обратно от источника к нагрузке и от нагрузки к источнику. В пурпурной индуктивной цепи ток отстает от напряжения на 90 электрических градусов. В чисто емкостной цепи ток опережает напряжение на 90 электрических градусов.

Активная мощность в случае чисто индуктивной и емкостной цепи VICosΦ= VI Cos90=0. Реактивная мощность в случае чисто индуктивной и емкостной цепи VISinΦ= VI Sin90=VI.

Полная мощность

Если нагрузка не является ни резистивной, ни чисто реактивной, ток, потребляемый нагрузкой, имеет две составляющие тока.
Активный компонент тока:

Ток, находящийся в фазе с приложенным напряжением, называется активной составляющей тока.Активная или реальная потребляемая мощность нагрузки зависит от активной составляющей тока цепи.

Реактивная составляющая тока:

Ток, который на 90 градусов не совпадает по фазе с приложенным напряжением, называется реактивной составляющей тока или безваттным током. Реактивная составляющая тока вносит вклад в реактивную мощность.

Независимо от того, потребляет ли нагрузка активный или реактивный ток, общий ток системы будет увеличиваться. Поэтому мощность электрической системы выражается в полной мощности кВА или МВА.Система должна обрабатывать как активный, так и реактивный ток, поэтому система спроектирована с учетом полной мощности.
Пусть электрическая индуктивная нагрузка потребляет ток I, а сдвиг фаз между напряжением и током равен Φ.

Активная, реактивная и полная мощность, потребляемая индуктивной нагрузкой, может быть рассчитана следующим образом.

Активная составляющая тока, совпадающая по фазе с напряжением, равна ICosΦ, а реактивная составляющая тока, не совпадающая по фазе с напряжением, равна ISinΦ.

Активная мощность однофазной нагрузки

Активная мощность (П)

= Напряжение x Ток в фазе с напряжением

= В x ICosΦ

= V I CosΦ

Активная мощность трехфазной нагрузки

Активная мощность (П)

= Напряжение x Ток в фазе с напряжением

= √3 Vx ICosΦ

= √3 В I CosΦ

Реактивная мощность однофазной нагрузки

Реактивная мощность (Q)

Q = Напряжение x Ток не совпадает по фазе с напряжением

    =  V x ISinΦ

    =  V I SinΦ

Реактивная мощность трехфазной нагрузки

Реактивная мощность (Ом)

Q = Напряжение x Ток не совпадает по фазе с напряжением

    = √3 В x ISinΦ

    = √3 V I SinΦ

Полная мощность представляет собой векторную сумму активной и реактивной мощности.

Для однофазной системы питания кажущаяся потребляемая мощность может быть выражена следующим математическим выражением.

Для трехфазной нагрузки полная мощность составляет;

Похожие сообщения:

1. Что такое треугольник власти?
2. В чем разница между кВт и кВА?

Пожалуйста, подпишитесь на нас и поставьте лайк:

Активная, реактивная и полная мощность

Активная мощность:

Активная мощность – это реальная мощность, потребляемая в электрической цепи.Это полезная мощность, которая может быть преобразована в другую форму энергии, такую ​​как тепловая энергия в нагревателе, световая энергия в лампочке и т. д. Она также известна как истинная или реальная мощность и измеряется в ваттах, кВт (киловатт) или МВт (1). Мегаватт = 10 ⁶ ватт).

Значение:

Требуется для выполнения различной полезной работы. Для работы каждого прибора или нагрузки требуется активная мощность, например, телевизора, двигателя, холодильника и т. д.

Реактивная мощность:

Реактивная мощность не совершает реальной работы.Здесь реальная работа означает, что эта мощность не может быть использована для отопления, освещения или других полезных целей. Он только пульсирует взад и вперед в цепи. Он измеряется в единицах кВАР (реактивный киловольт) или МВАР (реактивный мегавольт).

Значение:

Хотя реактивная мощность не совершает никакой полезной работы, тем не менее она необходима для удовлетворительной работы электрической машины. В воздушном зазоре машины необходимо создать магнитное поле, без которого активная мощность не может ни генерироваться в генераторе, ни потребляться в двигателе.

Полная мощность:

Полная мощность – это вольт-ампер электрического прибора или машины. Если на машину подается напряжение V (среднеквадратичное значение) и через нее протекает ток I (среднеквадратичное значение), то это произведение среднеквадратичного значения напряжения и тока, т. е. VI. Измеряется в кВА или МВА.

Полная мощность, S = VI

Значение:

Потери в электрической машине зависят только от напряжения и тока. Это не зависит от коэффициента мощности.Поэтому кажущаяся мощность дает представление о потерях в машине.

Расчет активной и реактивной мощности:

Электрическая нагрузка может быть резистивной, индуктивной, емкостной или их комбинацией. Природа тока, протекающего через эти нагрузки при подключении к источнику напряжения, следующая:

• Чисто резистивная нагрузка потребляет ток в фазе с приложенным напряжением.
• Чисто индуктивная нагрузка потребляет ток с отставанием от приложенного напряжения на 90 градусов.
• Чисто емкостная нагрузка потребляет ток, опережающий приложенное напряжение на 90 градусов.

Таким образом, угол между напряжением и током для чисто резистивных, индуктивных и емкостных нагрузок составляет 0°, 90° и 90° соответственно. Но когда нагрузка состоит из индуктивности и сопротивления, ток I через нагрузку будет отставать от напряжения V на некоторый угол Ø, как показано ниже.

Этот ток I теперь можно разложить на две составляющие:

• По напряжению i.е. ИкосØ
• Перпендикулярно напряжению, т.е. IsinØ

Активный ток:

Составляющая тока нагрузки вдоль напряжения называется активным током. За счет этой составляющей тока нагрузка потребляет активную мощность. Следовательно, истинная или реальная мощность равна

.

Реальная мощность = напряжение x (активный ток)

                    = VIcosØ

Реактивный ток:

Составляющая тока нагрузки, перпендикулярная напряжению, называется реактивным током.Реактивная мощность в цепи обусловлена ​​этой составляющей тока. Следовательно,

Реактивная мощность, Q = напряжение x (реактивный ток)

                              = VIsinØ

Почему сопротивление потребляет только реальную энергию?

Как обсуждалось ранее в этом посте, угол Ø для чистого сопротивления равен 0º, а для катушки индуктивности и конденсатора — 90º. Это означает, что чистое сопротивление потребляет только активную мощность, поскольку VIcos0 = VI, и не потребляет реактивной мощности, поскольку VIsin0 = 0,

.

Почему индуктор и конденсатор не потребляют реальной энергии?

Чистая катушка индуктивности и конденсатор потребляют только реактивную мощность, поскольку VIsin90 = VI, и не потребляют активной мощности, поскольку VIcos90 = 0. Это также можно понимать по-другому. Какая бы мощность ни была получена от источника за один полупериод этими элементами схемы, такое же количество мощности возвращается к источнику в следующем полупериоде.Следовательно, средняя потребляемая мощность за полный цикл равна нулю. Следовательно, истинная мощность не потребляется.

.