Основное об активной и реактивной электроэнергии (мощности). Реактивная и активная мощность определение

Активная мощность

Мгновенная мощность pпроизвольного участка цепи, напряжение и ток которого изменяются по законуu=Umsin(t), i = Imsin(t–), имеет вид

p = ui= Umsin(t)Imsin(t–) = UmIm[cos - cos(2t - )]/2 =

= Uicos - UIcos(2t - ) = (UIcos – UIcos cos2t) – UIsin sin2t. (1)

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

P = ,

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 реактивнаямощность. 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 = UIsin.

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 мощностейpL иpC. С учетом сопротивленийэтих элементов реактивные мощности катушки индуктивности и конденсатора равныQL=UI=xLI 2иQC=UI= xCI 2, соответственно.

Результирующая реактивная мощность разветвленной электрической цепи находится как алгебраическая сумма реактивных мощностей элементов цепи с учетом их характера (индуктивный или емкостный): Q=QL–QС. ЗдесьQLесть суммарная реактивная мощность всех индуктивных элементов цепи, аQС 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 напряженииUи 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 Uноми определенный номинальный токIноми их произведениеUном Iном= Sномдает максимально возможную мощность данного устройства (полная мощность Sномуказывается 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 мощностьюи 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.

studfiles.net

2.4. Активная, реактивная и полная мощности. Баланс мощностей

Мгновенной мощностью называют произведение мгновенного напряжения на входе цепи на мгновенный ток.       Пусть напряжение и ток являются синусоидальными функциями времени:

.

 Получим выражение для мгновенной мощности:  (2.29)

Из (2.29) следует, мгновенная мощность изменяется с частотой , в два раза превышающей частоту тока и напряжения.

  Среднее значение мгновенной мощности за период T называют активной мощностью и обозначают буквой P:

(2.30)

При выводе (2.30) учтено равенство

Учитывая из треугольника сопротивлений (рис.2.15) соотношение и из треугольника проводимостей (рис.2.16), получаем из (2.30) следующие выражения для активной мощности:

(2.31)

Активная мощность измеряется в ваттах (Вт) и характеризует необратимое преобразование электрической энергии, которая выделяется в виде теплоты на участках цепи в активных сопротивлениях. В электрических двигателях потребляемая из сети активная мощность преобразуется в механическую мощность (за вычетом потерь в процессе преобразования) и является их основной характеристикой.

Множитель называется коэффициентом мощности. Коэффициент  мощности  является одной из важнейших характеристик электротехнических устройств, и повышение его до предельного значенияостается одной из основных задач энергосбережения.

Рассмотрим идеальные реактивные элементы (индуктивность и емкость). Активная мощность в этих элементах равна нулю, так как напряжение и ток в индуктивности или емкости различаются по фазе на 90o и

В реактивных элементах отсутствуют необратимые потери электрической энергии, не происходит нагрева элементов. Происходит обратимый  процесс в  виде обмена электрической энергией между источником и приемником. Для качественной оценки интенсивности обмена энергией вводится понятие реактивной мощности Q.

 Преобразуем выражение (2.29) для мгновенной мощности:

где - мгновенная мощность в активном сопротивлении;

- мгновенная мощность в реактивном элементе (в индуктивности или в емкости).

Максимальное или амплитудное значение мощности p2 называется реактивной мощностью:

Q =(2.32)

где x, b – соответственно реактивные сопротивление и проводимость. Реактивная мощность измеряется в вольт-амперах реактивных (ВАр) и расходуется на создание магнитного поля в индуктивности или электрического поля в емкости. Энергия, накопленная в емкости или в индуктивности, периодически возвращается источнику питания.

Амплитудное значение суммарной мощности p = p1 + p2 называется полной мощностью. Полная  мощность,  измеряемая в вольт-амперах (ВА), равна произведению действующих значений напряжения и тока:

. (2.33)

Возьмем треугольник сопротивлений (рис.2.15) и умножим его стороны на квадрат тока в цепи. Получим подобный треугольник мощностей (рис. 2.17).

Рис. 2.17

Из треугольника мощностей получим соотношения между мощностями P, Q, S:

Q =,   . (2.34)

При расчете электрических цепей комплексным методом используют выражение комплексной мощности, равное произведению комплексного напряжения на сопряженный комплекс тока.     Для цепи, имеющей активно-индуктивный характер, ток по фазе отстает от напряжения на угол

,

где    - комплекс напряжения;- комплекс тока;- сопряженный комплекс тока;- сдвиг по фазе между напряжением и током.           Вещественной частью полной комплексной мощности является активная мощность, мнимой частью комплексной мощности - реактивная мощность:

Q = . (2.35)

     Для цепи, имеющей активно-емкостной характер, ток по фазе опережает напряжение .

Активная мощность всегда положительна. Реактивная мощность в цепи, имеющей индуктивный характер, - положительна, а в цепи с емкостным характером - отрицательна.

При выводе полученных соотношений предполагалось, что на зажимах цепи действует напряжение U. Если к зажимам цепи присоединен идеальный источник синусоидальной ЭДС с действующим значением E, то выражения (2.31)-(2.33), (2.35) для источника имеют следующий вид:

Q=

; Q = . (2.36)

Из закона сохранения энергии следует, что для электрической цепи соблюдается закон баланса активных мощностей: активная мощность, генерируемая источниками, равна активной мощности, потребляемой всеми приемниками.

Покажем, что соблюдается баланс и для комплексных, и, следовательно, для реактивных мощностей. Определим комплексные мощности для схемы (рис.2.7), содержащей идеальный источник синусоидальной ЭДС, последовательно соединенные активные и реактивные сопротивления приемника.

Запишем уравнение по второму закону Кирхгофа, умножим левую и правую части уравнения на сопряженный комплекс тока и учтем свойства произведения комплексно сопряженных чисел:

, ,

где   - результирующее реактивное сопротивление.

,

где    - полная комплексная, активная и реактивная мощности источника питания.

,

 где активная и реактивная мощности, потребляемые элементами схемы.

Получим уравнение для комплексных мощностей источника и приемника:

     (2.37)

Равенство (2.37) выражает баланс комплексных мощностей источника и приемника. При равенстве комплексных чисел равны по отдельности их вещественные и мнимые части, следовательно, уравнение (2.37) можно записать в следующей форме:

 .    (2.38)

Из следует (2.38), что для электрической цепи соблюдается закон баланса реактивных мощностей: реактивная мощность, отдаваемая источниками, равна реактивной мощности, потребляемой всеми приемниками.

Рассмотрим условие передачи источником максимальной мощности при заданном коэффициенте мощности приемника.

В схеме на рис. 2.18 обозначены :  - полное, активное и реактивное сопротивления источника ЭДС,- полное, активное и реактивное сопротивления нагрузки.

Рис. 2.18

 Активная мощность может выделяться только в активных сопротивлениях цепи переменного тока. Активная мощность, выделяемая в нагрузке,

.    (2.39)

Активная мощность, развиваемая генератором . Коэффициент полезного действия (КПД) для данной схемы:

.

Из (2.39) видно, что выделяемая в нагрузке мощность будет максимальной, когда знаменатель минимален. Последнее имеет место при , т.е. при. Это означает, что реактивные сопротивления источника и нагрузки должны быть одинаковы по модулю и иметь разнородный характер. При индуктивном характере реактивного сопротивления источника реактивное сопротивление нагрузки должно быть емкостным, и наоборот:

. (2.40)

   Установим условие,  при котором  от источника к нагрузке будет передаваться наибольшая мощность:

.

отсюда .

 От источника к нагрузке передается наибольшая мощность, когда

;      .  (2.41)

     Величина наибольшей мощности

. (2.42)

 Режим передачи наибольшей мощности от источника к нагрузке называется согласованным режимом, а подбор сопротивлений согласно равенствам (2.41) - согласованием нагрузки с источником.

   В согласованном режиме величина КПД составляет:

.

Половина мощности теряется внутри источника. Поэтому согласованный режим не используется в силовых энергетических цепях. Этот режим используют в информационных цепях, где мощности могут быть малыми, и решающими являются не соображения экономичности передачи сигнала, а максимальная мощность сигнала в нагрузке.

studfiles.net

Активная и реактивная мощность

4.4. Активная и реактивная мощность

Передача электрической энергии вдоль проводов, преобразование электроэнергии одного напряжения в электроэнергию другого напряжения, а также преобразование электрической энергии в механическую совершается посредством электромагнитного поля. Перечисленные процессы связаны с изменениями и колебаниями электромагнитной энергии. Колебания электромагнитной энергии происходят между элементами электрической системы, в том числе между источником энергии и приемником: в некоторые моменты времени энергия поступает не от источника к приемнику, а наоборот, от приемника к источнику. Однако энергия, поступающая от источника за период, превосходит энергию, возвращаемую ему остальными элементами электрической сети. Среднее значение мощности, отдаваемое однофазному приемнику, равно:

                                         Р = U I cosj.

Это значение носит название активной мощности.

Активной мощности соответствует активный ток Ia, который является только составляющей полного тока I. Все элементы электрической сети должны быть рассчитаны на прохождение полного тока. Поэтому трансформаторы, генераторы и двигатели характеризуются величиной UI, называемой условно полной мощностью.

Вторая составляющая полной мощности ‑ UIsinj носит название реактивной мощности. Это название чисто условно, так как реактивная мощность не создает работы. Реактивная мощность характеризует колебания электромагнитной энергии. Для простейшей цепи из R, L и С реактивная мощность равна скорости поступления энергии в магнитное и электрическое поле. Все элементы электрической сети должны рассчитываться на прохождение не только активной, но и реактивной мощности. Приемники электрической энергии, работе которых сопутствуют электромагнитные поля, следует рассматривать как потребителей активной и реактивной мощности одновременно.

Линии и трансформаторы также связаны с электромагнитным полем, поэтому должны рассматриваться как потребители реактивной мощности.

Значения реактивной мощности, необходимые для линий и трансформаторов, рассматриваются как потери реактивной мощности.

Если за 100% принять всю реактивную мощность, циркулирующую в системе, то эта мощность распределяется следующим образом:

асинхронные двигатели                             65 – 75%

трансформаторы                                        15 – 30%

воздушные линии                                       5 – 10%.

Таким образом, потребителям должны доставляться активная и реактивная мощности. Одновременно необходимо покрывать потери активной и реактивной мощности (последние условно) в элементах электрической сети.

Реактивная мощность доставляется от генераторов или от компенсаторов.

Рассмотрим возможные варианты снабжения реактивной мощностью, анализируя при помощи векторных диаграмм изменение коэффициента мощности.

1. Генератор работает на нагрузку, имеющую индуктивный характер; компенсаторы отсутствуют (рис. 4.8).

Из векторной диаграммы видно, что коэффициент мощности в начале электропередачи cosj, меньше, чем у потребителя cosj2, за счет преобладания в электропередаче реактивных потерь мощности над потерями активной мощности.

2. Потребитель часть реактивной мощности получает от компенсатора (рис. 4.9).

3. Потребитель полностью получает реактивную мощность от компенсатора (рис. 4.10).

4. Компенсатор выдает реактивную мощность потребителю и покрывает потери реактивной мощности (рис. 4.11).

5. Компенсатор выдает реактивную мощность потребителю, электропередаче и генератору (рис. 4.12).

Из векторных диаграмм видно, что чем меньше вырабатывает генератор реактивной мощности, тем больше повышается его коэффициент мощности, а при потреблении реактивной мощности генератором его cosj становится опережающим.

Для обозначения полной мощности в символическом методе имеются два различных выражения, отличающиеся для одного и того же вида нагрузки только знаком у реактивной мощности.

В первом обозначении полная мощность при индуктивной нагрузке будет:

          (4.64)где обозначения даны на рис. 4.13. Аналогично при емкостной нагрузке:

                                   .

При втором обозначении для случая индуктивной нагрузки получим:

(4.65)и для случая емкостной:

                                          S = P – jQ.

Полагая вектор напряжения совпадающим с положительным направлением действительной оси, для тока в случае индуктивной нагрузки можем написать

                                           и при опережающем токе

                                         

Сравнивая выражения мощности и тока, можно заметить однотипность формул полного тока и полной мощности при первом ее обозначении, т.е.

                                          

В этом состоит преимущество такого обозначения. Однако, далее будем пользоваться обозначением (4.65), так как ему соответствует большая часть программ на ЭВМ.

vunivere.ru

Дайте определение полной, активной и реактивной мощности — КиберПедия

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

P = U I

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:

P = U I Cosθ

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 UL IL cosθ - в трёхфазных цепях переменного тока

Активная мощность = √ (Полная мощность2 – Реактивная мощность2

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

Q = U I sinθ

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

Q = U I sinθ

Реактивная мощность = √ (Полная мощность2 – Активная мощность2)

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

S = U I

Полная мощность = √ (Активная мощность2 + Реактивная мощность2)

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.

Все эти величины тригонометрически соотносятся друг с другом, как показано на рисунке:

 

 

 

 

Осциллятор

Осцилля́тор (лат. oscillo — качаюсь) — система, совершающая колебания, то есть показатели которой периодически повторяются во времени.

Гармони́ческий осцилля́тор (в классической механике) — система, которая при выведении её из положения равновесия испытывает действие возвращающей силы F, пропорциональной смещению x:

F=-kx

 

где k — постоянный коэффициент.

Если F — единственная сила, действующая на систему, то систему называют простым или консервативным гармоническим осциллятором. Свободные колебания такой системы представляют собой периодическое движение около положения равновесия (гармонические колебания). Частота и амплитуда при этом постоянны, причём частота не зависит от амплитуды.

Если имеется ещё и сила трения (затухание), пропорциональная скорости движения (вязкое трение), то такую систему называют затухающим или диссипативным осциллятором. Если трение не слишком велико, то система совершает почти периодическое движение — синусоидальные колебания с постоянной частотой и экспоненциально убывающей амплитудой. Частота свободных колебаний затухающего осциллятора оказывается несколько ниже, чем у аналогичного осциллятора без трения.

Если осциллятор предоставлен сам себе, то говорят, что он совершает свободные колебания. Если же присутствует внешняя сила (зависящая от времени), то говорят, что осциллятор испытывает вынужденные колебания.

Механическими примерами гармонического осциллятора являются математический маятник (с малыми углами отклонения), груз на пружине, торсионный маятник и акустические системы. Среди немеханических аналогов гармонического осциллятора можно выделить электрический гармонический осциллятор (см. LC-цепь).

Любая система, в которой происходит простое гармоническое движение, обладает двумя ключевыми свойствами:

• когда система выведена из состояния равновесия, должна существовать возвращающая сила, стремящаяся вернуть систему в равновесие;

• возвращающая сила должна в точности или приближённо быть пропорциональна перемещению.

• Гармоническим осциллятором называют частицу, совершающую одномерное движение под действием квазиупругой силы . F=kx;

• Потенциальная энергия частицы

• Гармонический осциллятор в квантовой механике описывается уравнением Шредингера:

 

 

 

Полная энергия осциллятора.

где n=0,1,2….

 

cyberpedia.su

Что такое активная и реактивная электроэнергия на счетчике. Что такое реактивная и активная мощность

Всё о реактивной мощности, а также почему это явление нежелательно

Физический аспект процесса и практическое значение использования установок компенсации реактивной мощности

Чтобы понять, что заключает в себе термин «реактивная мощность»,

вспомним определение понятия электрической мощности. Это физическая величина, которая выражает скорость передачи, потребления или генерации электроэнергии в определённое время.

Чем больше уровень мощности, тем большую производительность может иметь электрическая  установка в определённую единицу времени. Под термином «мгновенная мощность» понимают  произведение силы тока и напряжения за один из моментов на каком-либо участке электроцепи.

Рассмотрим же физический аспект процесса.

Если брать цепи в которых происходит постоянный ток, то там величина средней и мгновенной мощности за определённый отрезок времени являются равными, а реактивной мощности нет. А в цепях где происходит явление переменного тока вышеописанная ситуация имеет место только в том случае, если нагрузка там является чисто активной. Это бывает, например, в таком электроприборе, как электронагреватель. При чисто активной нагрузке в цепи в условиях переменного тока фазы тока и напряжения совпадают и вся мощность отдаётся в нагрузку.

В случае индуктивной нагрузки, как например, в электродвигателях, то у тока происходит отставание по фазе от напряжения, а если она ёмкостная, что имеет случай в разнообразных электроустройствах, тогда ток наоборот, по фазе опережает напряжение. Так как у напряжения и тока нет совпадения по фазе (при реактивной нагрузке), то в нагрузку полная мощность отходит только частично, полностью она могла бы перейти, если сдвиг фаз был бы нулевым, то есть активная нагрузка.

Чем отличаются реактивная и активная мощность

Та часть полной мощности, что передалась в нагрузку в условиях периода переменного тока, носит название активной мощности. Её величина высчитывается в результате произведения значений напряжения и тока на косинус угла сдвига фаз, которые лежат между ними

А та мощность, которая не передалась в нагрузку, и из-за которой произошли потери излучения и нагрева, именуется реактивной мощностью. Её же величина – это произведение значений напряжения и тока на синус угла сдвига фаз, которые лежат между ними.

Следовательно, реактивная мощность – это термин, характеризующий нагрузку. Единица её измерения называется – реактивные вольт амперы, сокращённо вар или var. Но в жизни чаще встречается другая величина измерения – косинус фи, как величины, измеряющей качество электрической установки с аспекта экономии электроэнергии. На самом деле, от величины cos φ , зависит та величина энергии, которая когда подаётся от источника, идёт в нагрузку. Следовательно, вполне возможно пользоваться не очень мощным источником, тогда, соответственно меньшее количество энергии уйдёт в никуда.

Как можно компенсировать реактивную мощность

Как следует из вышесказанного, в случае, когда нагрузка является индуктивной, тогда нужно выполнить её компенсацию, используя конденсаторы, конденсаторов, а емкостную нагрузку следует компенсировать с применением реакторов и дросселей. Таким способом можно поднять косинус фи до достаточных величин в размере 0.7-0.9. Так и выполняется  компенсация реактивной мощности.

Чем выгодна компенсация реактивной мощности?

Установки компенсации реактивной мощности могут принести огромную экономическую выгоду. Как гласит статистика, они могут экономить до 50% от счетов за электроэнергию в разных частях РФ. Там где они устанавливаются, деньги потраченные на них, окупаются меньше чем за год.

На стадии проектирования объектов внедрение конденсаторных установок помогает удешевить приобретение кабелей путём уменьшения их сечения. Как пример, автоматическая конденсаторная установка может дать эффект увеличения косинуса фи с 0.6 до 0.97.

Подведём черту:

Как мы поняли, установки по компенсации реактивной мощности помогают существенно экономить финансы, а также увеличивать срок работы оборудования, из-за нижеследующих причин:

1) уменьшается нагрузка на силовые трансформаторы, что повышает их долговечность.

2) Уменьшается уровень нагрузки на кабели и провода, а также можно экономить покупая кабели меньшего сечения.

3) Повышение уровня качества электрической энергии электроприемников.

4) Нет опасности выплаты штрафовых отчислений за снижение cos φ.

5) уменьшается величина высших гармоник в сети.

6) понижается количество расхода электроэнергии.

Напомним ещё раз, что реактивная энергия и мощность понижают итоги работы энергосистемы, из-за того, что загрузка реактивными токами генераторов электростанций ведёт к повышению объёма употребляемого топлива, а также возрастает размер потерь в подводящих сетях и приемниках, и наконец возрастает уровень падения напряжения в сетях.

www.tokmaster.ru

Что такое реактивная мощность и как с ней бороться

Что такое реактивная мощность и как с ней бороться?

Чтобы разобраться с понятием реактивной мощности, вспомним сначала, что такое электрическая мощность. Электрическая мощность – это физическая величина, характеризующая скорость генерации, передачи или потребления электрической энергии в единицу времени.

Чем больше мощность, тем большую работу может совершить электроустановка в единицу времени. Измеряется мощность в ваттах (произведение Вольт х Ампер). Мгновенная мощность – это произведение мгновенных значений напряжения и силы тока на каком-то участке электрической цепи.

Физика процесса

В цепях постоянного тока значение мгновенной и средней мощности за какой-то промежуток времени совпадают, а понятие реактивной мощности отсутствует. В цепях переменного тока так происходит только в том случае, если нагрузка чисто активная. Это, например, электронагреватель или лампа накаливания. При такой нагрузке в цепи переменного тока фаза напряжения и фаза тока совпадают и вся мощность передается в нагрузку.

Если нагрузка индуктивная (трансформаторы, электродвигатели), то ток отстает по фазе от напряжения, если нагрузка емкостная (различные электронные устройства), то ток по фазе опережает напряжение. Поскольку ток и напряжение не совпадают по фазе (реактивная нагрузка), то в нагрузку (потребителю) передается только часть мощности (полной мощности), которая могла бы быть передана в нагрузку, если бы сдвиг фаз был равен нулю (активная нагрузка).

Активная и реактивная мощности

Часть полной мощности, которую удалось передать в нагрузку за период переменного тока, называется активной мощностью. Она равна произведению действующих значений тока и напряжения на косинус угла сдвига фаз между ними (cos φ ).

Мощность, которая не была передана в нагрузку, а привела к потерям на нагрев и излучение, называется реактивной мощностью. Она равна произведению действующих значений тока и напряжения на синус угла сдвига фаз между ними (sin φ).

Таким образом, реактивная мощность является величиной характеризующей нагрузку. Она измеряется в вольт амперах реактивных (вар, var). На практике чаще встречается понятие косинус фи, как величины характеризующей качество электроустановке с точки зрения экономии электроэнергии. Действительно, чем выше cos φ , тем больше энергии, подаваемой от источника, попадает в нагрузку. Значит можно использовать менее мощный источник и меньше энергии пропадает зря.

 

Способы компенсации реактивной мощности

Из сказанного выше вытекает, если нагрузка индуктивная, то следует компенсировать ее с помощью емкостей (конденсаторов) и наоборот емкостную нагрузку компенсируют с помощью индуктивностей (дросселей и реакторов). Это помогает увеличить косинус фи (cos φ) до приемлемых значений 0.98-1.0. Этот процесс называется компенсацией реактивной мощности.

Экономический эффект от компенсации реактивной мощности

Экономический эффект от внедрения блоков индивидуальной компенсации реактивной мощности может быть очень большим. По статистике

xn----7sbeb3bupph.xn--p1ai

Понятие активной, реактивной и полной мощности

Мгновенная мощность, выделяющаяся на элементах сети, определяется через мгновенные значения тока и напряжения:

р = u ∙ i.

Наличие сдвига по фазе между синусоидами тока и напряжения обусловливает необходимость введения понятий реактивной и полной мощности.

Если цепь чисто активная (φ = 0), то графическое перемножение синусоид тока и напряжения даст нам однополярный сигнал – рис. 1.5. В любой момент времени мощность больше либо равна нулю. Эта ситуация соответствует максимально эффективному (то есть активному) потреблению электроэнергии, которая необратимо и однонаправленно выделяется на активных элементах сети и не возвращается в источник. Эта мощность получила название активной, обозначается Р и измеряется в ваттах (Вт).

 

Рис. 1.5. Изменение токов, напряжений (а) и мощности (б)

при чисто активной нагрузке (φ = 0)

 

Если цепь имеет активно-индуктивный характер (0 < φ < 90°), то результат перемножения будет представлять собой синусоиду, поднятую относительно оси абсцисс и имеющую как положительную, так и отрицательную части – рис. 1.6.

 

Рис. 1.6. Изменение токов, напряжений (а) и мощности (б)

при активно-индуктивной нагрузке (0 < φ < 90°)

 

Будем далее увеличивать угол φ. Когда угол достигнет 90°, получим следующий график p(t) – рис. 1.7. Среднее значение мощности за период равно нулю. Эта ситуация соответствует наиболее неэффективному (то есть неактивному или реактивному) характеру потребления электроэнергии, которая первые полпериода потребляется приёмником, а вторые полпериода возвращается обратно в источник. Эта обменная мощность получила название реактивной, обозначается Q и измеряется в варах (вар).

 

Рис. 1.7. Изменение токов, напряжений (а) и мощности (б)

при чисто индуктивной нагрузке (φ = 90°)

 

На рис. 1.5, 1.7 рассмотрены крайние идеальные случаи, а на рис. 1.6 – промежуточная ситуация, в которой можно выделить активную и реактивную составляющие, а также величину, характеризующую их совместное действие – полную мощность S, измеряемую в вольт-амперах (ВА). Полученные три вида мощности образуют треугольник мощностей – рис. 1.8, из которого следует выражение:

S = .

 

Рис. 1.8. Треугольник мощностей

 

Угол φ между векторами активной и полной мощностей имеет тот же смысл, что и на рис. 1.4, относящемся к сопротивлениям. Коэффициентом мощности cosφ тем больше и тем ближе к единице, чем более активный характер имеет электрическая цепь.

Понятие реактивной мощности имеет особое значение в электроэнергетике. Актуальной является проблема регулирования и компенсации реактивной мощности в энергосистеме. Реактивная мощность является необходимым условием для создания магнитного поля в электрических машинах. Заметим, что в отличие от активной мощности, на создание реактивной мощности не расходуется топливо. Важно помнить, что реактивная мощность, протекающая по проводникам, приводит к активным тепловым потерям. Поэтому реактивную мощность целесообразно производить не на электростанции, а вблизи потребителя. В противном случае, реактивная мощность будет транспортироваться на большое расстояние, приводя к экономическому ущербу в виде необратимых потерь и ограничивая пропускную способность линий для передачи полезной активной мощности. Кроме того, неоправданно большие перетоки реактивной мощности приводят к падению напряжения в узлах потребления электроэнергии. Простейшими источниками реактивной мощности являются конденсаторы.

Кроме того, в ряде случае излишки реактивной мощности требуется потреблять. Если этого не сделать, то повысится уровень напряжения сверх допустимого предела. Такая ситуация может сложиться при использовании длинных линий электропередачи, которые обладают значительной ёмкостью относительно земли и поэтому являются генераторами избыточной реактивной мощности. Чтобы решить данную проблему, применяют простейшие потребители реактивной мощности – шунтирующие реакторы, представляющие собой катушки индуктивности, включенные между проводником и землёй.

Помимо этого используются и другие, более сложные устройства для регулирования реактивной мощности – синхронные компенсаторы и статические тиристорные компенсаторы.

Похожие статьи:

poznayka.org

Активная и реактивная мощность

 

Активная и реактивная мощность

Используя данные термины, более корректно использовать термины реактивная и активная со словом мощность, хотя ряд изданий использует в качестве замыкающего слова «электроэнергию». Давайте же разберемся в данном явлении.

Реактивная электроэнергия это — … Активная электроэнергия это — …  А не существует подобной электроэнергии)), а активная и реактивная мощность наоборот, вполне себе имеют место быть.

Обратимся к основам электротехники описанным в книге Бессонова Л. А. Теоретические основы электротехники. — М: Высшая школа, 1984.

Понятие активной мощности можно объяснить, используя следующую аналогию. Рассмотрим тачку, показанную на рисунке.

Чтобы заставить тачку двигаться, очевидно, что мы должны применить силу к ручке. (направить силу на ручку).

Но сила применима в прямом направлении только после поднятия тачки. Иначе возникает препятствие для движения в виде подножки (подставки) тачки.

Активная энергия – то, что является результатом активной работы, (продвижения тачки в прямом направлении). Итак, активная энергия – это только усилие, прикладываемое к тачке, чтобы заставить ее двигаться и таким образом выполнять реальную (полезную) работу.

Реактивной энергией можно считать ту, которая помогает держать тачку поднятой.

Полная мощность (поднятия + толкания) — то, что применяется к ручке.

Только представьте, что случится, если тачку будут толкать, не подняв. Она будет двигаться вперед, но с большим усилием. Человек, толкающий тачку, испытывает большие трудности, равно как и колесо тачки. То же применимо и к системе передач. Если не обеспечена поддержка реактивной мощности, то существует сложность передачи мощности между шинами. Более того, в случае с тачкой необходимо выполнить дополнительную работу по ее поднятию, тогда тачка легко покатится вперед. Таким образом, реактивная мощность является необходимым злом, (она не является частью или целью полезной работы, но помогает выполнить ее легче).

 

podvi.ru

---

• 
  Как соединить две лампочки на один выключатель
• 
  Башенные градирни
• 
  Гэс тэс
• 
  Напряжение между фазами в трехфазной сети 380v
• 
  Датчик индуктивный сенсор
• 
  Векторная диаграмма напряжений и токов онлайн
• 
  Напряжение работа на заряд
• 
  Ае 206
• 
  Состав углекислотного огнетушителя
• 
  Сколько стоит куб сжиженного газа
• 
  Источник бесперебойного питания для котлов