Активная электрическая мощность. Активная, реактивная и полная мощность в электрических цепях: ключевые понятия и их значение

Что такое активная мощность в электрической цепи. Как рассчитывается реактивная мощность. Чем полная мощность отличается от активной. Почему важен коэффициент мощности.

Активная мощность: полезная энергия в электрической цепи

Активная мощность — это реальная мощность, потребляемая в электрической цепи и преобразуемая в полезную работу. Она измеряется в ваттах (Вт) или киловаттах (кВт) и характеризует скорость преобразования электрической энергии в другие виды энергии.

Каковы основные особенности активной мощности?

• Представляет собой полезную мощность, которая совершает работу в электрической цепи
• Преобразуется в другие виды энергии — механическую, тепловую, световую и т.д.
• Необходима для работы электроприборов и оборудования
• Рассчитывается по формуле P = UI cos φ, где U — напряжение, I — ток, cos φ — коэффициент мощности

Реактивная мощность: колебания энергии в цепи

Реактивная мощность не совершает полезной работы, а лишь перемещается между источником и потребителем. Она измеряется в вольт-амперах реактивных (ВАр) и обусловлена наличием в цепи реактивных элементов — катушек индуктивности и конденсаторов.

Какую роль играет реактивная мощность в электрических цепях?

• Создает электромагнитные поля в электрических машинах
• Необходима для работы некоторых видов оборудования
• Увеличивает нагрузку на электросеть
• Вызывает дополнительные потери энергии при передаче электричества

Полная мощность: совокупная нагрузка в электрической цепи

Полная мощность — это геометрическая сумма активной и реактивной мощностей. Она измеряется в вольт-амперах (ВА) и характеризует полную нагрузку, создаваемую в электрической цепи.

Как рассчитывается полная мощность и зачем она нужна?

• Рассчитывается по формуле S = UI, где U — напряжение, I — ток
• Используется для определения нагрузки на элементы электросети
• Позволяет оценить потери в электрических машинах
• Необходима при выборе силовых трансформаторов и кабелей

Коэффициент мощности: показатель эффективности электроустановки

Коэффициент мощности — это отношение активной мощности к полной. Он показывает, какая часть полной мощности преобразуется в полезную работу.

Почему важен высокий коэффициент мощности?

• Снижает потери в электросетях
• Уменьшает нагрузку на оборудование
• Позволяет более эффективно использовать электроэнергию
• Сокращает расходы на электроснабжение

Треугольник мощностей: наглядное представление соотношения мощностей

Треугольник мощностей — это графическое изображение соотношения между активной, реактивной и полной мощностью в электрической цепи. Он позволяет наглядно представить взаимосвязь между различными видами мощности.

Как построить и использовать треугольник мощностей?

• Активная мощность откладывается по горизонтали
• Реактивная мощность — по вертикали
• Полная мощность — это гипотенуза треугольника
• Угол между активной и полной мощностью — это угол φ
• Косинус угла φ равен коэффициенту мощности

Компенсация реактивной мощности: повышение эффективности электроустановок

Компенсация реактивной мощности — это комплекс мероприятий, направленных на снижение потребления реактивной мощности из сети. Она позволяет повысить эффективность работы электроустановок и снизить потери энергии.

Какие методы используются для компенсации реактивной мощности?

• Установка конденсаторных батарей
• Использование синхронных компенсаторов
• Применение активных фильтров гармоник
• Оптимизация режимов работы электрооборудования

Влияние характера нагрузки на мощность в электрической цепи

Характер нагрузки в электрической цепи оказывает существенное влияние на соотношение активной и реактивной мощностей. От этого зависит эффективность работы электроустановки и потери энергии при ее передаче.

Как влияет тип нагрузки на мощность в электрической цепи?

• Активная нагрузка (лампы накаливания, нагревательные приборы) потребляет только активную мощность
• Индуктивная нагрузка (электродвигатели, трансформаторы) потребляет активную и реактивную мощность
• Емкостная нагрузка (конденсаторы) генерирует реактивную мощность
• Смешанная нагрузка требует комплексного подхода к управлению мощностью

Что такое aктивная мощность (Вт, кВт)

Активная мощность P (Вт, кВт).

Active Power (W, KW) – англ.
Real Power (W, KW) – англ.

 

Активная мощность (Вт, кВт) – это полезная мощность, отбираемая нагрузкой, в том числе и ИБП, стабилизатором или любым другим устройстом из электросети и преобразуемая в энергию любого иного вида (механическую, тепловую, электрическую, электромагнитную и др.).

Активная мощность вычисляется как усредненный по периоду сигнала определенный интеграл произведения мгновенных значений входного тока и напряжения. Единица измерения: Вт (ватт).

 

 

Активная мощность применительно к первичным и вторичным источникам питания (трансформаторам, стабилизаторам, ИБП, ДГУ), а также применительно к нагрузке (освещению, нагревательным устройствам и др.) является полезной мощностью, которую отбирает нагрузка и преобразует в энергию любого иного вида (механическую, тепловую, световую, звуковую, химическую, электрическую, электромагнитную и др. ). Таким образом, активная мощность безвозвратно потребляется нагрузкой. Она необратимо уходит в нагрузку и не возвращается обратно в сеть.

Примеры: в паспорте ИБП обязательно указана его выходная нагрузочная способность в кВт, то есть максимальная мощность активной нагрузки, которую он способен запитать. На лампе накаливания, на бытовом обогревателе указана их активная мощность в Ваттах.

Само собой разумеется, системы типа «ИБП + нагрузка» или «стабилизатор + нагрузка» так же могут рассматриваться относительно сети (источника питания), как единая нагрузка, имеющая активную мощность. При таком подходе надо иметь ввиду особенность описанную ниже:

Для устройств преобразующих электроэнергию (например ИБП, стабилизаторы) параметр «входная активная мощность» включает 2 составляющие:

1. Основной поток мощности, проходящий транзитом на выход, то есть в активную нагрузку на выходе ИБП или стабилизатора.
2. Дополнительный поток мощности, идущий на потери в самом устройстве (ИБП, стабилизатор). Это тепловая мощность (потери на КПД), то есть идущая на нагрев радиаторов и трансформаторов, механическая мощность вентиляторов охлаждения и др., а также мощность преобразуемая в химическую энергию при заряде аккумуляторов (ИБП).

Активная мощность применительно к области устройств передачи, распределения, хранения энергии (например, линии электропередач, конденсаторы) является паразитной мощностью, которая теряется при передаче её от источника к нагрузке (или при хранении энергии). Например, для ЛЭП – это потери энергии (мощности) на коронный разряд (включает потери на тепло, свет, звук), нагрев проводов (тепло Джоуля-Ленца), токи Фуко в окружающих проводящих средах и др. Для фазных конденсаторов – это потери на электрическое сопротивление изоляции диэлектрика, поверхностные утечки Rd.

 

См. также дополнительную статью, написанную специально по просьбе наших клиентов:
«Еще раз про мощность: активную, реактивную, полную (P, Q, S), а также коэффициент мощности (PF)»

 

Многочастотные системы

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(гармоники) по отдельности, а затем все полученные мощности сложить:

Активная мощность:

P = P₁ + P₂ + P₃ + … P_n

где: n – номер гармоники, — усреднение за период

 

Ссылки:
http://electron287. narod.ru/pages/rus_ac_power1.htm
http://en.wikipedia.org/AC power

Добавить комментарий

Мощность генератора. Активная и полная мощности

                   Электрическая мощность – величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии.

Мгновенной мощностью называется произведение мгновенных значений напряжения и силы тока на каком-либо участке электрической цепи.

 

                   При движении единичного заряда по участку электрической цепи он совершит работу, численно равную электрическому напряжению, действующему на участке. Умножив работу на количество единичных зарядов, мы, таким образом, получаем работу, которую совершают эти заряды при движении от начала участка цепи до его конца. Мощность, по определению, — это работа в единицу времени.

 

                   В цепи, содержащей активное, индуктивное и емкостное сопротивления, в которой ток и напряжение в общем случае сдвинуты по фазе на некоторый угол, мгновенное значение мощности равно произведению мгновенных значений силы тока и напряжения. Кривую мгновенной мощности можно получить перемножением мгновенных значений тока и напряжения при различных углах. Из этого рисунка видно, что в некоторые моменты времени, когда ток и напряжение направлены навстречу друг другу, мощность имеет отрицательное значение. Возникновение в электрической цепи отрицательных значений мощности является вредным. Это означает, что в такие периоды времени приемник возвращает часть полученной электроэнергии обратно источнику, в результате уменьшается мощность, передаваемая от источника к приемнику. Очевидно, что чем больше угол сдвига фаз, тем больше время, в течение которого часть электроэнергии возвращается обратно к источнику, и тем больше возвращаемая обратно энергия и мощность.

                    Таким образом, мгновенная мощность может быть представлена в виде векторной суммы двух составляющих – активной и реактивной мощности.

 

                    Активная мощность характеризует скорость необратимого превращения электрической энергии в другие виды энергии (тепловую, электромагнитную). Единица измерения активной мощности – Ватт (Вт, W).

 

                   Реактивная мощность – это энергия, перекачиваемая от источника на реактивные элементы приемника (индуктивности, конденсаторы, обмотки двигателей), а затем возвращаемая этими элементами обратно в источник в течение одного периода колебаний, отнесенная к этому периоду.

 

                   Генераторы переменного тока рассчитаны на определенный номинальный ток  и определенное номинальное напряжение, которые зависят от конструкции машины, размеров ее основных частей и пр. Увеличить значительно номинальный ток или номинальное напряжение нельзя, так как это может привести к недопустимому нагреву обмоток генератора или пробою их изоляции. Поэтому каждый генератор может длительно отдавать без опасности аварии только вполне определенную мощность, равную произведению его номинального тока на номинальное напряжение. Произведение действующих значений тока и напряжения называется полной мощностью.

 

                   Полная мощность имеет практическое значение, как величина, описывающая нагрузки, фактически налагаемые потребителем на элементы подводящей электросети (провода, кабели, распределительные щиты, трансформаторы, линии электропередач), так как эти нагрузки зависят от потребляемого тока, а не от фактически использованной потребителем энергии. Полная мощность представляет собой наибольшее значение активной мощности при заданных значениях тока и напряжения. Она характеризует ту наибольшую мощность, которую можно получить от источника переменного тока при условии, что между проходящим по нему током и напряжением отсутствует сдвиг фаз. Полную мощность измеряют в вольт-амперах (В*А) или киловольт-амперах (кВ*А).

 

                    Активная мощность дизельного генератора является характеристикой генератора, в то время как реактивная мощность является в большей степени характеристикой электрической цепи и зависит от наличия в цепи накопителей энергии, таких как катушка индуктивности или конденсатор.

 

                    Характеристика, которая показывает, насколько эффективно используется мощность в электрической цепи, называется коэффициентом мощности. Чем больше значение коэффициента мощности цепи, тем эффективнее используется мощность дизельного генератора.

 

                   Стандартное обозначение мощности дизельного генератора (например для генератора AIRMAN SDG 100 S) выглядит так:

 

                    64 кВт/ (80 кВА)

 

                   Это означает, что при коэффициенте мощности 0,8  и частоте переменного тока 50 Гц

 

                   Активная мощность генератора составит – 64 кВт,

 

                   Полная мощность генератора составит – 80 кВА

 

 

                    Необходимо понимать что указанные выше значения мощностей являются рабочими (номинальными), т. е. дизельная электростанция способна выдавать такие мощности при постоянной работе. Максимально допустимые (пиковые) нагрузки на генератор будут выше номинальных в среднем на 15-20% в зависимости от производителя и модели. 

Остались вопросы?

Заказать звонок

Активная, реактивная и полная мощность

10 мая 2018 г. от admin

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, такая как телевизор, двигатель, холодильник и т. д.

Реактивная мощность:

Реактивная мощность не выполняет никакой 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 выполняет 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.

Получение 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 разделить на две составляющие:

• По напряжению, т.е. IcosØ
• 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 задается как

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)

                              

Реактивная мощность Полная мощность VIcosØ VIsinØ ВИ

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 мощности?

Чистая катушка индуктивности и конденсатор потребляют только реактивную мощность как VIsin90 = VI и отсутствие активной мощности, поскольку VIcos90 = 0. Это можно понимать и 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.

Понимание коэффициента мощности | www.electriceasy.com

Энергия нужна и используется во всем мире. С точки зрения удобства, эффективности и экономии, лучше всего, чтобы мы генерировали, передавали и распространяли его в электрической форме до того, как он будет преобразован в требуемую форму с помощью подходящего оборудования. По тем же соображениям экономии и эффективности мы используем переменный ток, а не постоянный. Практически мы производим, передаем и распределяем энергию почти исключительно в форме переменного тока. Постоянный ток используется либо в приложениях постоянного тока (машины постоянного тока и электронные схемы), либо в линиях передачи постоянного тока высокого напряжения.

Везде, где используется мощность переменного тока, возникает вопрос коэффициента мощности.

Коэффициент мощности

• Определяется как ‘ косинус угла между напряжением и током ‘.
• В цепи переменного тока напряжение и ток идеально совпадают по фазе.
• Но на практике между ними существует разность фаз.
• Косинус этой разности фаз называется коэффициентом мощности.
• Его можно определить и математически представить следующим образом:

Из рис. (а) выше, можно четко отметить, что существует разность фаз угла ɸ между вектором напряжения и вектором тока.
Коэффициент мощности = cosɸ

На рис. (b) называется Power Triangle
Здесь, vi sinɸ = реактивная мощность (в VAR)
VI cosɸ = активная мощность (в ватах)
VI = кажущаяся мощность (в VA)
PF = Cosɸ = активная сила (в VA)
PF = Cosɸ = активная сила ( Вт) / Полная мощность (ВА)

На рис. (c) называется Треугольник полного сопротивления
Здесь R = сопротивление, X = реактивное сопротивление, Z = полное сопротивление
Z ² = R ² + X ²
PF = cosɸ = R/Z

Коэффициент мощности может быть отставание, опережение или единство.

Отстающий коэффициент мощности

• Когда ток отстает от напряжения, коэффициент мощности цепи называется «отстающим»
• Когда цепь индуктивная, коэффициент мощности отстает.
• Нагрузки, такие как асинхронные двигатели, катушки, лампы и т. д., являются индуктивными и имеют коэффициент отставания.

Опережающий коэффициент мощности

• Когда ток опережает напряжение (или напряжение отстает от тока), коэффициент мощности цепи называется опережающим.
• Если цепь емкостная, коэффициент мощности опережает.
• Емкостные нагрузки, такие как синхронные конденсаторы, батареи конденсаторов и т. д., потребляют опережающий ток. Такие схемы имеют опережающий коэффициент мощности.

Unity Power Factor

• Коэффициент мощности равен единице (т.е. 1) для идеальных цепей.
• Когда ток и напряжение совпадают по фазе, PF = 1
• Коэффициент мощности не может быть больше единицы.
• На практике оно должно быть как можно ближе к единице.

Если коэффициент мощности низкий, возникают следующие проблемы:

Влияние низкого коэффициента мощности

1. Ток нагрузки
   Мощность в цепи переменного тока может быть выражена как: P = VI cosɸ
   Следовательно, cosɸ = P / VI
   I ∝ 1 / cosɸ
   Аналогичное соотношение может быть получено для 3 фаз цепь тоже. Мы видим, что ток обратно пропорционален pf.

   Например, предположим, что мы хотим передать мощность 10 кВА при 100 В
   Если PF = 1,
   I = P / (V cosɸ) = 10000 / (100 x 1) = 100 А
   Если PF = 0,8 ,
   I = P / (V cosɸ) = 10000 / (100 x 0,8) = 125 A
   Следовательно, потребляемый ток выше при низком коэффициенте мощности.

2. Потери: Как указано выше, при низком коэффициенте мощности потребляемый ток велик. Следовательно, потери в меди (потери I ² R) также будут высокими. Это снижает эффективность оборудования.
3. Перегрев оборудования: I ² R потери выделяют тепло (закон Джоуля). Следовательно, повышение температуры будет относительно большим при низком коэффициенте мощности, что еще больше увеличит нагрузку на изоляцию.
4. Сечение проводника: Низкий коэффициент мощности приводит к более высокому току нагрузки. Если ток нагрузки увеличивается, размер требуемого проводника также увеличивается. Это еще больше увеличит стоимость проводника.
5. кВА мощность машины: Машины не рассчитываются в кВт при производстве, поскольку коэффициент мощности источника неизвестен. Вместо этого они оцениваются в кВА.
   Согласно определению, Cosɸ = Активная мощность (кВт) / Полная мощность (кВА)
   Следовательно, номинальная мощность в кВА = 1 / cosɸ
   Следовательно, для низкого коэффициента мощности необходимо оборудование с большей номинальной мощностью в кВА. Но больший рейтинг кВА означает больший размер оборудования. Если размер увеличивается, стоимость также увеличивается.
6. Регулирование напряжения: Определяется как разница между передающим и принимающим конечным напряжением на единицу передающего конечного напряжения. Когда мощность передается от одного конца к другому, напряжение падает по нескольким причинам. Это падение напряжения должно находиться в допустимых пределах.
   P = VI cosɸ , поэтому I ∝ 1 / V
   При низком коэффициенте мощности ток будет больше и, следовательно, падение напряжения будет больше. Следовательно, регулирование напряжения при низком коэффициенте мощности плохое.
7. Активная и реактивная мощность (мощность передачи): Активная и реактивная мощности передаются по линии вместе. Активная мощность необходима для питания нагрузки. Реактивная мощность необходима для поддержания напряжения в линии. Но если реактивная мощность больше, то передаваемая активная мощность уменьшается. При низком коэффициенте мощности активная мощность мала, поскольку cosɸ = активная мощность (Вт) / полная мощность (ВА). Это приводит к неэкономичной эксплуатации.

Это результат низкого коэффициента мощности. Для оптимальной работы коэффициент мощности должен быть как можно ближе к единице. Для этого используются устройства коррекции коэффициента мощности.

[Также читайте: Сравнение различных электростанций]

---

Автор: Манодж Арора — студент электротехнического факультета и писатель из Гуджарата, Индия.