Полная и реактивная мощность: Активная, реактивная и полная мощность в цепи переменного тока

Содержание

Реактивная мощность

Появление термина «реактивная» мощность связано с необходимостью выделения мощности. потребляемой нагрузкой. составляющей. которая формирует электромагнитные паля и обеспечивает вращающий момент двигателя. Эта составляющая имеет место при индуктивном характере нагрузки. Например, при подключении электродвигателей. Практически вся бытовая нагрузка, не говоря о промышленном производстве, в той или иной степени имеет индуктивный характер.

В электрических цепях, когда нагрузка имеет активный (резиставный) характер, протекающий ток синфазен (не опережает и не запаздывает) от напряжения. Если нагрузка имеет индуктивный характер (двигатели, трансформаторы на холостом ходу), ток отстает от напряжения. Когда нагрузка имеет емкостной характер (конденсаторы), ток опережает напряжение.

Реактивная мощность не производит механической работы, хотя она и необходима
для работы двигателя, поэтому ее необходимо получать на месте, чтобы не потреблять ее от энергоснабжающей организации. Тем самым мы снижаем нагрузку на провода и кабели, повышаем напряжение на клеммах двигателя, снижаем платежи за реактивную мощность, имеем возможность подключить дополнительные станки за счет снижения тока потребляемого с силового трансформатора.

Параметр определяющий потребление реактивной мощности называется Cos (<р)

Cos (ϕ) = Р1гарм / А1гарм

Р1гарм — активная мощность первой гармоники 50 Гц
А1гарм — полная мощность первой гармоники 50 Гц
где

A =√(P2 + Q2)

Таким образом, cos (ϕ) уменьшается, когда потребление реактивной мощности
нагрузкой увеличивается. Необходимо стремиться к повышению cos (ϕ). т.к. низкий cos (ϕ) несет следующие проблемы:

1. Высокие потери мощности в электрических линиях (протекание тока реактивной мощности)

2. Высокие перепады напряжения в электрических линиях (например 330…370 В. вместо 380 В)

3. Необходимость увеличения габаритной мощности генераторов, сечения кабелей, мощности силовых трансформаторов.

Из всего вышеприведенного, понятно, что компенсация реактивной мощности необходима. Чего легко можно достичь применением активных компенсирующих установок. Конденсаторы в которых будут компенсировать реактивную мощность
двигателей.

Потребители реактивной мощности.

Потребителями реактивной мощности, необходимой дтя создания магнитных полей, являются как отдельные звенья электропередачи (трансформаторы, линии, реакторы), так и такие электроприёмники, преобразующие электроэнергию в другой вид энергии которые по принципу своего действия используют магнитное поле (асинхронные двигатели, индукционные печи и т.п.). До S0-S5% всей реактивной мощности, связанной с образованием магнитных полей, потребляют асинхронные двигатели и трансформаторы. Относительно небольшая часть в общем балансе реактивной мощности приходится на долю прочих её потребителей, например на индукционные печи, сварочные трансформаторы, преобразовательные установки, люминесцентное освещение и т.п.

Подробнее

4.3. Активная, реактивная и полная мощности трехфазной системы.

Под активной мощностью трехфазной системы понимают сумму активных мощностей фаз нагрузки и активной мощности сопротивления, включенного в нулевой провод:

Реактивная мощность трехфазной системы представляет собой сумму реактивных мощностей фаз нагрузки и реактивной мощности сопротивления, включенного в нулевой провод:

Полная мощность

Если нагрузка равномерная, то

где — угол между напряжениемна фазе нагрузки и токомфазы нагрузки.

Для измерения активной мощности трехфазной системы в общем случае (неравномерная нагрузка и наличие нулевого провода) необходимо включать три ваттметра, как показано на рис.73. Активная мощность системы равна сумме показаний трех ваттметров.

Если нулевой провод отсутствует, то измерение мощности производят двумя ваттметрами по схеме на рис.74. Сумма показаний двух ваттметров при этом определяет активную мощность всей системы независимо от того звездой или треугольником соединена нагрузка.

Показание первого ваттметра равно , второго —

Но

так как .

Пример 24.

В схеме на рис.75 э.д.с. фаз генератора

Требуется определить показания ваттметров и, проверить баланс активных мощностей.

В данном примере для сокращения записей обозначим . Тогда

По методу двух узлов

Напряжение на фазе А нагрузки

Ток фазы А

(совпадает по фазе с , т.е. имеет

нулевую начальную фазу).

Напряжение на фазе В нагрузки

Ток фазы В

A.

К ваттметру приложено напряжение, т.е.(см. диаграмму на рис.68), к ваттметру-напряжение

Показание первого ваттметра:

Показание второго ваттметра:

Суммарная активная мощность генератора:

Активная мощность нагрузок:

C учетом погрешности вычислений баланс активных мощностей выполняется.

Пример 25.

Определить показания ваттметров в схеме предыдущего примера, если произошёл обрыв фазы C приёмника.

К линейному напряжению в таком случае подключены последовательноR и L, следовательно

Показания ваттметров:

Баланс активных мощностей:

4.4. Указатель последовательности чередования фаз

Определение последовательности чередования фаз в трехфазной симметричной системе э.д.с. (напряжений) можно осуществить с помощью простейшей схемы из двух ламп накаливания и конденсатора, показанной на рис.76 (емкостное сопротивление конденсатора здесь должно быть равно активному сопротивлению лампы накаливания).

Зададимся численными значениями величин: и определим напряжения на фазах нагрузки.

Обозначим

Напряжения на фазах B и С нагрузки:

Из полученных численных данных можно заключить, что лампа в фазе В будет гореть ярко, а в фазе С — тускло. Следовательно, если фазу трехфазной системы э.д.с,, к которой подключен конденсатор, принять за фазу А, то фаза, к которой окажется подключенной ярко горящая лампа, есть фаза В, а фаза с тускло горящей лампой — фаза С.

4.5. Получение кругового вращающегося магнитного поля

Рассмотрим вопрос, каким будет магнитное поле катушки, по которой протекает синусоидальный ток. Используем для пояснения рис.77, на котором схематично показан разрез катушки.

Рис.77

Магнитное поле характеризуется вектором магнитной индукции В. Направление В определяется направлением намотки катушки и направлением тока в данный момент времени. Если ток входит в начало катушки (это направление тока будем считать положительным, ему соответствует интервал времени от 0 до , то вектор магнитной индукции направлен вверх. В следующий полупериод, когда ток отрицателен, вектор В направлен вниз. Таким образом, геометрическим местом концов вектора В является ось катушки. То есть синусоидальный ток создает пульсирующее магнитное поле, вектор магнитной индукции которого изменяется (пульсирует) вдоль оси катушки.

Далее предположим, что три одинаковые катушки расположены так, что их оси смещены на 120° по отношению друг к другу, как показано на рис.78, а. Присоединим катушки к симметричной трехфазной системе э.д.с. Пусть токи входят в начала катушек (начала обозначены буквой Н, а концы — К) и изменяются следующим образом:

Графики токов изображены на рис.78, б. Каждый из токов создает пульсирующее поле, направленное вдоль оси своей катушки.

Положительное направление оси первой катушки обозначим +1, второй +2, третьей +3, магнитную индукцию первой катушки обозначим второй -, третьей -.

На рис.79 изобразим мгновенные значения и результи-рующую индукциюдля моментов времени

а) б)

Рис.78

С увеличением времени вектор результирующей магнитной индукции, оставаясь по величине равным 1,5 Вm, вращается с угловой скоростью по направлению от начала первой катушки с токомк началу второй катушки с током

Можно сказать, что вектор результирующей магнитной индукции вращается в сторону катушки с отстающим током.

Если ток пропускать по третьей, а ток- по второй катушке, то направление вращения поля изменится на обратное.

Вращающееся магнитное поле используется в электрических двигателях переменного тока.

Наиболее распространенным в промышленности типом двигателя переменного тока является трехфазный асинхронный двигатель. В нем имеется неподвижная часть — статор, и пазах которого помещены три катушки, создающие круговое вращающееся магнитное поле, и подвижная часть — ротор, в пазах которого находятся три замкнутых на себя или на внешнее сопротивление катушки, схематично устройство асинхронного двигателя в разрезе дано на рис.80.

Ротор

Статор

Рис.80

Ротор

Допустим, что сначала ротор неподвижен. При этом вращающееся магнитное поле, созданное обмотками статора, пересекает провода катушек неподвижного ротора с угловой частотой и наводит в них э.д.с. Э.д.с. вызовут токи в катушках ротора. По закону Ленца, эти токи стремятся своим магнитным полем ослабить вызвавшее их магнитное поле.

Механическое взаимодействие токов ротора с вращающимся магнитным полем приведет к тому, что ротор начнет вращаться в ту же сторону, в какую вращается магнитное поле.

В установившемся режиме частота вращения ротора составляет (0,98…0,95). Двигатель называют асинхронным потому, что ротор его вращается не синхронно с вращающимся полем;не может равняться угловой частоте вращающегося поля. Это станет понятно, если учесть, что привращающееся поле не пересекало бы провода катушек ротора, в них отсутствовал бы ток и ротор не испытывал бы вращающего момента.

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.

 

Примечание. В соответствии с международными, а также отечественными отраслевыми стандартами производителей автотрансформаторных стабилизаторов максимальная мощность устройства нормируется для входного напряжения 190В или для разности входного и выходного напряжений 30В.

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

Преобразование энергии в электрической цепи. Мгновенная, активная, реактивная и полная мощности синусоидального тока. (Лекция №7)

Передача энергии w по электрической цепи (например, по линии электропередачи), рассеяние энергии, то есть переход электромагнитной энергии в тепловую, а также и другие виды преобразования энергии характеризуются интенсивностью, с которой протекает процесс, то есть тем, сколько энергии передается по линии в единицу времени, сколько энергии рассеивается в единицу времени. Интенсивность передачи или преобразования энергии называется мощностью р. Сказанному соответствует математическое определение:

. (1)

Выражение для мгновенного значения мощности в электрических цепях имеет вид:

. (2)

Приняв начальную фазу напряжения за нуль, а сдвиг фаз между напряжением и током за , получим:

. (3)

Итак, мгновенная мощность имеет постоянную составляющую и гармоническую составляющую, угловая частота которой в 2 раза больше угловой частоты напряжения и тока.

Когда мгновенная мощность отрицательна, а это имеет место (см. рис. 1), когда u и i разных знаков, т.е. когда направления напряжения и тока в двухполюснике противоположны, энергия возвращается из двухполюсника источнику питания.

Такой возврат энергии источнику происходит за счет того, что энергия периодически запасается в магнитных и электрических полях соответственно индуктивных и емкостных элементов, входящих в состав двухполюсника. Энергия, отдаваемая источником двухполюснику в течение времени t равна .

Среднее за период значение мгновенной мощности называется активной мощностью .

Принимая во внимание, что , из (3) получим:

. (4)

Активная мощность, потребляемая пассивным двухполюсником, не может быть отрицательной (иначе двухполюсник будет генерировать энергию), поэтому , т.е. на входе пассивного двухполюсника . Случай Р=0, теоретически возможен для двухполюсника, не имеющего активных сопротивлений, а содержащего только идеальные индуктивные и емкостные элементы.

1. Резистор (идеальное активное сопротивление).

Здесь напряжение и ток (см. рис. 2) совпадают по фазе , поэтому мощность всегда положительна, т.е. резистор потребляет активную мощность

2. Катушка индуктивности (идеальная индуктивность)

При идеальной индуктивности ток отстает от напряжения по фазе на . Поэтому в соответствии с (3) можно записать
.

Участок 1-2: энергия , запасаемая в магнитном поле катушки, нарастает.

Участок 2-3: энергия магнитного поля убывает, возвращаясь в источник.

3. Конденсатор (идеальная емкость)

Аналогичный характер имеют процессы и для идеальной емкости. Здесь . Поэтому из (3) вытекает, что . Таким образом, в катушке индуктивности и конденсаторе активная мощность не потребляется (Р=0), так как в них не происходит необратимого преобразования энергии в другие виды энергии. Здесь происходит только циркуляция энергии: электрическая энергия запасается в магнитном поле катушки или электрическом поле конденсатора на протяжении четверти периода, а на протяжении следующей четверти периода энергия вновь возвращается в сеть. В силу этого катушку индуктивности и конденсатор называют реактивными элементами, а их сопротивления ХL и ХС , в отличие от активного сопротивления R резистора, – реактивными.

Интенсивность обмена энергии принято характеризовать наибольшим значением скорости поступления энергии в магнитное поле катушки или электрическое поле конденсатора, которое называется реактивной мощностью.

В общем случае выражение для реактивной мощности имеет вид:

(5)

Она положительна при отстающем токе (индуктивная нагрузка- ) и отрицательна при опережающем токе (емкостная нагрузка- ). Единицу мощности в применении к измерению реактивной мощности называют вольт-ампер реактивный (ВАр).

В частности для катушки индуктивности имеем:

, так как .

.

Из последнего видно, что реактивная мощность для идеальной катушки индуктивности пропорциональна частоте и максимальному запасу энергии в катушке. Аналогично можно получить для идеального конденсатора:

.

Полная мощность

Помимо понятий активной и реактивной мощностей в электротехнике широко используется понятие полной мощности:

. (6)

Активная, реактивная и полная мощности связаны следующим соотношением:

. (7)

Отношение активной мощности к полной называют коэффициентом мощности. Из приведенных выше соотношений видно, что коэффициент мощности равен косинусу угла сдвига между током и напряжением. Итак,

. (8)

Комплексная мощность

Активную, реактивную и полную мощности можно определить, пользуясь комплексными изображениями напряжения и тока. Пусть , а . Тогда комплекс полной мощности:

, (9)

где — комплекс, сопряженный с комплексом .

.

Комплексной мощности можно поставить в соответствие треугольник мощностей (см. рис. 4). Рис. 4 соответствует (активно-индуктивная нагрузка), для которого имеем:

Применение статических конденсаторов для повышения cos

Как уже указывалось, реактивная мощность циркулирует между источником и потребителем. Реактивный ток, не совершая полезной работы, приводит к дополнительным потерям в силовом оборудовании и, следовательно, к завышению его установленной мощности. В этой связи понятно стремление к увеличению в силовых электрических цепях.

Следует указать, что подавляющее большинство потребителей (электродвигатели, электрические печи, другие различные устройства и приборы) как нагрузка носит активно-индуктивный характер.

Если параллельно такой нагрузке (см. рис. 5), включить конденсатор С, то общий ток , как видно из векторной диаграммы (рис. 6), приближается по фазе к напряжению, т.е. увеличивается, а общая величина тока (а следовательно, потери) уменьшается при постоянстве активной мощности . На этом основано применение конденсаторов для повышения .

Какую емкость С нужно взять, чтобы повысить коэффициент мощности от значения до значения ?

Разложим на активную и реактивную составляющие. Ток через конденсатор компенсирует часть реактивной составляющей тока нагрузки :

; (10)
; (11)
. (12)

Из (11) и (12) с учетом (10) имеем

,

но , откуда необходимая для повышения емкость:

. (13)

Баланс мощностей

Баланс мощностей является следствием закона сохранения энергии и может служить критерием правильности расчета электрической цепи.

а) Постоянный ток

Для любой цепи постоянного тока выполняется соотношение:

(14)

Это уравнение представляет собой математическую форму записи баланса мощностей: суммарная мощность, генерируемая источниками электрической энергии, равна суммарной мощности, потребляемой в цепи.

Следует указать, что в левой части (14) слагаемые имеют знак “+”, поскольку активная мощность рассеивается на резисторах. В правой части (14) сумма слагаемых больше нуля, но отдельные члены здесь могут иметь знак “-”, что говорит о том, что соответствующие источники работают в режиме потребителей энергии (например, заряд аккумулятора).

б) Переменный ток.

Из закона сохранения энергии следует, что сумма всех отдаваемых активных мощностей равна сумме всех потребляемых активных мощностей, т.е.

(15)

В ТОЭ доказывается (вследствие достаточной громоздкости вывода это доказательство опустим), что баланс соблюдается и для реактивных мощностей:

 , (16)

где знак “+” относится к индуктивным элементам , “-” – к емкостным .

Умножив (16) на “j” и сложив полученный результат с (15), придем к аналитическому выражению баланса мощностей в цепях синусоидального тока (без учета взаимной индуктивности):

или

.

Литература

  1. Основы теории цепей: Учеб. для вузов /Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. –5-е изд., перераб. –М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.
  2. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. Учеб. для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей вузов. –7-е изд., перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1978. –528с.

Контрольные вопросы и задачи

  1. Что такое активная мощность?
  2. Что такое реактивная мощность, с какими элементами она связана?
  3. Что такое полная мощность?
  4. Почему необходимо стремиться к повышению коэффициента мощности ?
  5. Критерием чего служит баланс мощностей?
  6. К источнику с напряжением подключена активно-индуктивная нагрузка, ток в которой . Определить активную, реактивную и полную мощности.
  7. Ответ: Р=250 Вт; Q=433 ВАр; S=500 ВА.

  8. В ветви, содержащей последовательно соединенные резистор R и катушку индуктивности L, ток I=2 A. Напряжение на зажимах ветви U=100 B, а потребляемая мощность Р=120 Вт. Определить сопротивления R и XL элементов ветви.
  9. Ответ: R=30 Ом; XL=40 Ом.

  10. Мощность, потребляемая цепью, состоящей из параллельно соединенных конденсатора и резистора, Р=90 Вт. Ток в неразветвленной части цепи I1=5 A, а в ветви с резистором I2=4 A. Определить сопротивления R и XC элементов цепи.
  11. Ответ: R=10 Ом; XС=7,5 Ом.

Реактивная мощность

Применение переменного тока началось в конце XIX века. На замену небольшим и локальным системам постоянного тока пришла передача электрической энергии с использованием переменного тока, что потребовало расширения существующих локальных систем энергоснабжения. Кроме того, было необходимо и обеспечение передачи электроэнергии на дальние расстояния. Поэтому возникали различные проблемы с управлением напряжением и стабильностью, связанные в первую очередь с отсутствием баланса реактивной мощности в системах.

Для управления напряжениями стационарной системы применялись шунтирующие конденсаторы и шунтирующие реакторы. То есть применялась коммутируемая компенсация реактивной мощности. А динамическая компенсация реактивной мощности основывалась на вращающихся машинах, например синхронных компенсаторах.

Из истории мы знаем, что в середине 60-х годов 20 века появились первые статические компенсирующие устройства реактивной мощности, т.е. реакторы, управляемые постоянным током (ртутные вентили), и устройства, управляемые тиристорами (конденсаторы с тиристорным управлением, реакторы с тиристорным управлением). Они имели малое время отклика, низкие потери и практически не требовали технического обслуживания, что сняло многие ограничения, присущие вращающимся машинам и устройствам, управляемым постоянным током.

Так что же такое реактивная мощность? Обратимся к учебнику физики. Там написано совсем мало. Полная мощность делится на активную и реактивную. Активная составляющая мощности полезно используется, превращаясь в механическую, химическую, световую и другие энергии.

Реактивная же составляющая мощности не выполняет полезной работы, она служит лишь для создания магнитных полей в индуктивных приёмниках (электродвигатели, трансформаторы и т.п.), циркулируя всё время между источником и приёмником. Она может рассматриваться как характеристика скорости обмена энергией между генератором и магнитным полем приёмника электроэнергии.

Ну а физика процесса представляет собой следующее: переменный ток идёт по проводу в обе стороны, в идеале нагрузка должна полностью усвоить и переработать полученную энергию. При рассогласованиях между генератором и потребителем происходит одновременное протекание токов от генератора к нагрузке и от нагрузки к генератору (нагрузка возвращает запасённую ранее энергию). Такие условия возможны только для переменного тока при наличии в цепи любого реактивного элемента, имеющего собственную индуктивность или ёмкость. Индуктивный реактивный элемент стремится сохранить неизменным протекающий через него ток, а ёмкостной — напряжение. Через идеальные резистивные и индуктивные элементы протекает максимальный ток при нулевом напряжении на элементе и, наоборот, максимальное напряжение оказывается приложенным к элементам, имеющим ёмкостной характер, при токе, протекающем через них, близком к нулю.
 

 

Полная компенсация — реактивная мощность

Полная компенсация — реактивная мощность

Cтраница 1

Полная компенсация реактивной мощности имеет место при резонансе.  [1]

Полная компенсация реактивной мощности освобождает полностью сеть от реактивного тока.  [3]

Индукционные установки промышленной частоты серийного изготовления комплектуются конденсаторными батареями, обеспечивающими полную компенсацию реактивной мощности, мощные ( с ВН 6 или 10 кВ) могут снабжаться симметрирующими устройствами.  [5]

Определить емкости конденсаторов, которые нужно включить параллельно каждой фазе приемника для полной компенсации реактивной мощности.  [6]

В ряде случаев ( в низковольтных, городских распределительных сетях и др.) экономически целесообразна полная компенсация реактивной мощности. При QKB Q возникают перекомпенсация и избыток реактивной мощности, 5Q выдается в питающую сеть; узел нагрузки имеет опережающий коэффициент мощности.  [7]

Для небольших электроустановок, присоединяемых к действующим сетям 6 — 10 кВ, как правило, экономически целесообразна полная компенсация реактивной мощности на вторичном напряжении 380 — 660 В.  [8]

Так как при установке Ж на 6 кВ приходится учитывать значительную стоимость зводаого устройства, необходимо рассмотреть вариант с полной компенсацией реактивной мощности в сети 300 В при трансформаторе с минимально возможной мощностью.  [9]

Для электроустановок небольшой мощности, присоединяемых к действующим сетям 6 — 10 кВ, экономически оправданной, как правило, оказывается полная компенсация реактивной мощности на стороне до 1000 В. Новые указания требуют, чтобы часть КУ ( имеются в виду прежде всего конденсаторные батареи) была оборудована средствами автоматического регулирования, позволяющими выводить их полностью или частично из работы в периоды наименьших нагрузок в энергосистеме и тем самым исключать перекомпенсацию. Регулирование может осуществляться по значениям напряжения, времени, реактивного или полного тока или реактивной мощности. Суммарная мощность нерегулируемых КУ, как правило, не должна превышать значения наименьшей реактивной нагрузки сети. Число регулируемых секций Б К должно быть небольшим ( 3 — 4 секции и максимум 5 — 6 секций), так как это усложняет и удорожает установку КУ. Необходимо стремиться к тому, чтобы генерируемая КУ мощность в течение суток совпадала не менее чем на 80 — 90 % с графиком потребляемой реактивной нагрузки.  [10]

Равенство нулю потоков Q в линиях 12, 23, 31 означает, что в узлах 2 и 3 на рис. 13.2 имеет место полная компенсация реактивной мощности.  [11]

Снижение реактивных нагрузок потребителей может осуществляться: выполнением мероприятий, не требующих установки компенсирующих устройств, снижающих реактивную мощность; установкой компенсирующих устройств для частичной или полной компенсации реактивной мощности.  [12]

При полной компенсации реактивной мощности: cos уе — cos ta — 1 наивысшая передаваемая мощность ( производительность) трехфазной линии передачи ( W) выражается подобно линии постоянного тока ( см. стр.  [13]

Характер зависимости кэ f ( QK) показан на рис. 13.8, из которого видно, что при увеличении мощности QK удельный эффект от снижения потерь снижается. При этом удельная экономия становится равной нулю при полной компенсации реактивной мощности ( QK Q), а при дальнейшем увеличении QK значение кэ становится отрицательным.  [15]

Страницы:      1    2

Что такое активная, реактивная и полная мощность нагрузки стабилизатора?

В отличии от вычисления мощности при постоянном токе, формулы для вычисления мощности в цепях переменного тока достаточно сложны. В общем случае электрическая мощность в этом случае имеет интегральные зависимости.

Для определения полной мощности нагрузки необходимо вычислить активную и реактивную мощность. Полная мощность определяется как векторное сложение этих величин.

Активная мощность — это полезная часть мощности, та часть, которая определяет прямое преобразования электрической энергии в другие необходимые виды энергии. Для каждого электрического прибора вид преобразования энергии свой: в электрической лампочке электроэнергия преобразуется в свет и тепло, в утюге электроэнергия преобразуется в тепло, в электродвигателе электроэнергия преобразуется в механическую энергию. Фактически, активная мощность определяет скорость полезного потребления энергии.

Реактивная мощность — мощность определяемая электромагнитными полями, образующимися в процессе работы приборов. Реактивная мощность, как правило, является «вредной» или «паразитной». Реактивная мощность определяется характером нагрузки. Для такого прибора как лампочка она равна нулю, в процессе горения лампы электромагнитные поля практически не образуются. В процессе работы электродвигателя реактивная мощность может достигать больших значений. Понятие реактивной мощности тесно связано с понятием «пусковые токи».

При выборе стабилизатора напряжения необходимо определять полную мощность потребителей. Самый точный способ — найти значение полной мощности прибора в его паспорте. Если такой возможности нет, то для определения полной мощности приборов с большими «пусковыми токами» принято использовать повышающий коэффициент «4».

Следует также учитывать, что номинальная мощность стабилизатора напряжения может указываться разными производителями стабилизаторов и ИБП в различных диапазонах входных параметров тока. Китайские производители часто завышают реальную мощность устройства в два и более раз.

Особое внимание при выборе подходящего стабилизатора напряжения или источника бесперебойного питания следует обратить на возможность использования стабилизатора при реактивной нагрузке. Часто производители указывают, что номинальная мощность стабилизатора или ИБП указана без учета реактивной нагрузки. В паспортных данных стабилизаторов и источников питания можно найти фразу «устройство не может использоваться для реактивной нагрузки».

Для работы с приборами, имеющими большую реактивную мощность мы рекомендуем использовать специальные стабилизаторы напряжения и ИБП компании «Бастион». Эти приборы характеризуются большой перегрузочной мощностью и хорошей защитой от помех в сети по нагрузке.

Подробные ответы вы можете найти в следующих статьях:

Сравнение реальных мощностей стабилизаторов напряжения разных марок

Сравнение стабилизаторов напряжения Ресанта, APC, Voltron, Калибри, Teplocom

Стабилизаторы напряжения для котлов отопления

Преимущества релейных стабилизаторов напряжения «Бастион»

Стабилизатор напряжения для холодильника

Стабилизаторы напряжения для насосов

Стабилизатор напряжения для кондиционера и сплит-системы

В чем разница между типом 1 и типом 2 в отношении реактивной мощности, полной мощности и других формул?

Выбор формул для расчета полной мощности и реактивной мощности

Существует несколько типов мощности: активная мощность, реактивная мощность и полная мощность.
Обычно выполняются следующие уравнения:
Активная мощность P = UIcosθ (1)
Реактивная мощность Q = UIsinθ (2)
Полная мощность S = UI (3)
Кроме того, эти значения мощности связаны друг с другом следующим образом :
(Полная мощность S) 2 = (Активная мощность P) 2 + (Реактивная мощность Q) 2 (4)

U: Действующее значение напряжения
I: Действующее значение тока
θ: Фаза между током и напряжением
Трехфазная мощность сумма значений мощности в отдельных фазах.

Эти определяющие уравнения действительны только для синусоидальных сигналов. В последние годы увеличилось количество измерений искаженных сигналов, и пользователи реже измеряют синусоидальные сигналы. Измерения искаженной формы сигнала обеспечивают различные значения измерения полной мощности и реактивной мощности в зависимости от того, какое из приведенных выше определяющих уравнений выбрано. Кроме того, поскольку нет определяющего уравнения для мощности в искаженной волне, не обязательно ясно, какое уравнение является правильным.Поэтому для WT3000 используются три разные формулы для расчета полной мощности и реактивной мощности.

ТИП 1 (метод, используемый в нормальном режиме со старыми моделями серии WT)
При использовании этого метода полная мощность для каждой фазы рассчитывается по уравнению (3), а реактивная мощность для каждой фазы рассчитывается по уравнению (2) . Далее результаты складываются для расчета мощности.
Активная мощность для трехфазного четырехпроводного подключения: PΣ = P1 + P2 + P3
Полная мощность для трехфазного четырехпроводного подключения: SΣ = S1 + S2 + S3 (= U1 × I1 + U2 × I2 + U3 × I3)
Реактивная мощность при трехфазном четырехпроводном подключении: QΣ = Q1 + Q2 + Q3


ТИП 2
Полная мощность для каждой фазы рассчитывается из уравнения (3), и результаты суммируются для расчета полной мощности трех фаз (как в TYPE1).Трехфазная реактивная мощность рассчитывается из трехфазной полной мощности и трехфазной активной мощности с использованием уравнения (4).
Активная мощность при трехфазном четырехпроводном подключении: PΣ = P1 + P2 + P3
Полная мощность при трехфазном четырехпроводном подключении: SΣ = S1 + S2 + S3 (= U1 × I1 + U2 × I2 + U3 × I3)
Реактивная мощность для трехфазного четырехпроводного подключения:

ТИП 3 (метод, используемый в режиме измерения гармоник с WT1600 и PZ4000)
Это единственный метод, в котором реактивная мощность для каждой фазы напрямую рассчитывается с использованием уравнения (2) .Полная трехфазная мощность рассчитывается по уравнению (4).
Активная мощность для трехфазного четырехпроводного подключения: PΣ = P1 + P2 + P3
Полная мощность для трехфазного четырехпроводного подключения:
Реактивная мощность для трехфазного четырехпроводного подключения: QΣ = Q1 + Q2 + Q3

Кроме того, коэффициент мощности рассчитывается как P / S. При выборе формулы TYPE для полной мощности и реактивной мощности значение трехфазного полного коэффициента мощности λΣ также изменяется.

Дополнение:

Это эквивалентно формуле нормального режима, используемой традиционными приборами серии WT (WT1600, WT2000 и т. Д.).
QΣ = Q1 + Q2 + Q3


* s1, s2 и s3 выражают полярность Q1, Q2 и Q3 реактивной мощности каждой фазы. Когда ток опережает или отстает от напряжения, это сопровождается знаком «-» (реактивная мощность — отрицательное значение) или знаком «+» (реактивная мощность — положительное значение) соответственно.
QΣ рассчитывается по реактивной мощности каждой фазы Q1, Q2 и Q3 со знаками.
При использовании TYPE1 могут быть случаи, когда, если форма волны искажена, определение полярности (опережение / запаздывание — это обнаружение) может быть неудачным, и в результате значение QΣ может быть вычислено неправильно.Для определения полярности в каталоге перечислены следующие характеристики.
Обнаружение опережения / запаздывания в спецификациях WT3000:
Опережение фазы и запаздывание обнаруживаются правильно, когда сигналы напряжения и тока являются синусоидальными волнами, опережение / запаздывание составляет 50% номинального диапазона (или 100% для коэффициента амплитуды 6), частота составляет от 20 Гц до 10 кГц, а фазовый угол составляет ± (от 5 ° до 175 °) или более.

<ТИП 2> (Новый режим, не зависящий от ошибки обнаружения опережающей фазы / запаздывающей фазы)
Для типа 2 метод изменен, и QΣ рассчитывается из SΣ и PΣ, поэтому эта проблема не возникает.

Например,
Чтобы улучшить коэффициент мощности как меру гармонического тока в импульсном источнике питания, чтобы подтвердить влияние коэффициента мощности на форму сигнала искажения тока, применяются → TYPE1 и TYPE2.


Режим для прямого измерения реактивной мощности посредством измерения гармоник (аналогично WT1600 и PZ4000).
Поскольку в этом режиме используются измерения гармоник, измерения можно проводить для каждой гармонической составляющей.Поскольку результаты отражают каждую частотную составляющую, реактивная мощность Q для каждого порядка является правильной. Кроме того, QΣ — это простое суммирование, поэтому сумма каждого порядка QΣ также верна. Вычисляются активная мощность и реактивная мощность гармонических составляющих, поэтому режим позволяет более точно рассчитывать информацию о фазах по порядку.

Понимание коэффициента мощности и гармоник

В то время, когда бережливое производство стало мантрой промышленности, минимизация затрат на электроэнергию приобрела все большее значение.Однако дело не только в контроле потребления, но и в том, как коммунальное предприятие выставляет счет за это потребление. Здесь фактор мощности играет ключевую роль. Коэффициент мощности — это отношение реальной мощности к полной мощности в электрической системе. Чем ниже коэффициент мощности, тем выше потребляемый ток. Более высокий ток требует более толстых проводов и более надежной инфраструктуры, чтобы свести к минимуму рассеивание мощности. Поскольку это увеличивает стоимость коммунальных услуг, объекты с низким коэффициентом мощности оплачиваются по более высокому тарифу.К счастью, существуют методы корректировки коэффициента мощности и гармоник. В этом руководстве мы более подробно рассмотрим эти концепции применительно к серводвигателям и приводам.

Коэффициент мощности обеспечивает меру эффективности электрической системы. Истинный коэффициент мощности состоит из двух величин: коэффициент вытесняющей мощности и общий коэффициент гармонических искажений. Часто его упрощают просто до коэффициента мощности смещения, но это справедливо только для определенного класса линейных нагрузок. Сервоприводы и частотно-регулируемые приводы являются нелинейными нагрузками, поэтому упрощение больше не применяется.

Давайте сначала рассмотрим коэффициент вытесняющей мощности, начиная с некоторых определений:

  • Реальная мощность ( P ) в ваттах (Вт) — это мощность, рассеиваемая нагрузкой. Это мощность, используемая для создания крутящего момента в двигателе.
  • Реактивная мощность ( Q ) в вольт-амперных реактивных единицах (ВАР) — это мощность, накопленная и разряженная индуктивными и емкостными компонентами системы. Это мощность, которая генерирует магнитный поток, заставляющий двигатель вращаться.
  • Полная мощность ( S ) в вольт-амперах (ВА) представляет собой векторную сумму активной и реактивной мощности.

Используя эти термины, мы можем определить коэффициент смещаемой мощности PF D как:

, где δ 1 — фазовый угол напряжения, θ 1 — фазовый угол тока; мы называем φ углом коэффициента мощности. 1 Коэффициент мощности — безразмерное число от -1 до 1.Низкий коэффициент мощности указывает на то, что реактивная нагрузка потребляет большую часть общего тока; отрицательный коэффициент мощности указывает на то, что нагрузка вырабатывает ток.

Мы можем показать отношения между реальной, полной и реактивной мощностью в векторном пространстве в так называемом треугольнике мощности (см. Рисунок 1):

Для чисто резистивной нагрузки напряжение и ток совпадают по фазе. Угол коэффициента мощности равен нулю, а коэффициент мощности равен единице.Для чисто индуктивных или емкостных нагрузок активная мощность уменьшается до нуля, а коэффициент мощности также падает до нуля. В случае реальной индуктивной нагрузки, такой как двигатель, напряжение опережает ток, увеличивая угол коэффициента мощности, чтобы получить коэффициент мощности смещения меньше единицы.

Низкий коэффициент мощности смещения указывает на то, что система неэффективно потребляет электроэнергию. Используя уравнение 1, мы можем выразить реальную мощность как:

Уменьшается PF D увеличивается P .Конечно, P = IV , и для фиксированного напряжения ток должен возрасти, чтобы компенсировать низкий коэффициент мощности смещения. Повышенный ток приводит к большим резистивным потерям, что вынуждает коммунальное предприятие устанавливать провода большого размера и трансформаторы для обеспечения того же количества энергии. Это приводит к увеличению скорости, о которой мы говорили выше.

Для линейных, чисто синусоидальных нагрузок, таких как двигатели с фиксированной скоростью, работающие с насосами и вентиляторами, коррекция коэффициента мощности смещения довольно проста.Емкостное реактивное сопротивление может нейтрализовать индуктивное реактивное сопротивление. Хотя фаза напряжения опережает фазу тока для индуктивных нагрузок, ток опережает напряжение для емкостных нагрузок. В результате мы можем улучшить коэффициент мощности, просто добавив конденсаторы. К сожалению, серводвигатели не являются линейными нагрузками, поэтому нам нужно найти другое решение.

Фактор истинной мощности
В сервоприводах и частотно-регулируемых приводах (VFD) используются выпрямители с диодным мостом. Диоды работают только в той части цикла, когда входное напряжение выше, чем напряжение шины постоянного тока, что вносит гармоники, искажающие сигнал мощности.На контроллере все будет нормально, с коэффициентом смещения около 0,95. Однако цифры не отражают всей картины. Если вы измеряете общий ток, умноженный на напряжение в системе, и вычисляете истинный коэффициент мощности ( PF T ), он будет низким.

Как мы упоминали выше, истинный коэффициент мощности состоит не только из коэффициента смещаемой мощности. Фактически он выражается как произведение коэффициента мощности смещения и коэффициента мощности искажения:

PF T = PF D x DPF

Коэффициент мощности искажения вводится гармониками.Более пристальный взгляд на сигнал покажет, что текущая форма волны больше не является синусоидальной волной с частотой 60 Гц. Гармоники вносят высокочастотную составляющую, которая преобразует их в двугорбый узор (см. Рисунок 2). 2

Коэффициент мощности искажения определяется как:

, где THD — полное гармоническое искажение тока (полное определение приведено в ссылке 1).

Сервосистема обычно генерирует гармоники пятого и седьмого порядков с высокими значениями, а также вклады от высокочастотных составляющих.(Мы игнорируем член третьего порядка в этом случае, потому что для трехфазной системы гармоника третьего порядка на частоте 180 Гц компенсируется, когда проходит через выпрямитель.)

Каждый раз, когда сервоось движется, она генерирует гармоники и усугубляет проблему. К сожалению, поскольку нагрузка является нелинейной, ее нельзя скорректировать с помощью линейной нагрузки в виде конденсатора коррекции коэффициента мощности. Надо искать другие решения. Связывание дисков с общей шиной постоянного тока может несколько смягчить проблему.Если ускоряющие оси получают ток от осей, замедляющих движение, они не получают ток от основной линии.

Другой подход к обработке гармоник — добавление индуктивности, например, сетевого дросселя или дросселя постоянного тока. Давайте посмотрим на привод с рисунка 2, который теперь питается от энергосистемы с гораздо более низким импедансом. Воздействие на конденсаторы шины постоянного тока скачков тока может вызвать сильный нагрев, что приведет к изменению ожидаемого срока службы с нескольких лет на несколько дней (см. Рисунок 3).

Если мы добавим 3% линейный реактор, производительность изменится (см. Рисунок 4).Добавление импеданса катушки индуктивности снижает импеданс входной системы питания, поэтому всплески являются как более низкими, так и более широкими, как и система, приводимая в соответствие с рисунком 2. Сетевой реактор также защищает входные диоды от скачков напряжения в линии.

Сетевой реактор — не единственный подход. Вместо этого можно использовать эквивалентный дроссель постоянного тока, чтобы получить немного лучшую форму волны. В отличие от сетевого дросселя переменного тока, дроссель постоянного тока не достигает нуля в точках разворота, что приводит к сглаживанию профиля горба (см. Рисунок 5).Однако он не обеспечивает такой защиты входных диодов.

Когда дело доходит до работы сервосистемы, сам по себе коэффициент мощности смещения не является полезной оценкой производительности. Важно анализировать и устранять влияние гармоник на систему, иначе вы можете регулярно сталкиваться с непредвиденными неисправностями или некачественной работой. В идеале каждый привод должен иметь либо входной сетевой дроссель, либо дроссель постоянного тока, но это обычно не стандартное оборудование.Его должен будет спроектировать производитель панелей.

Конечно, как и во всем в технике, единого верного решения нет. Для достижения наилучших результатов проанализируйте производительность своей системы и начните диалог со своим поставщиком, чтобы обеспечить ожидаемые производительность и надежность.

Благодарности
Спасибо Джеймсу Круку, старшему инженеру Schneider Electric, за полезные беседы.

Список литературы

  1. Вт.Грэди и Р. Гиллески, «Гармоники и их отношение к коэффициенту мощности», Proc. конференции EPRI по вопросам качества электроэнергии и возможностям (PQA’93), Сан-Диего, Калифорния (1993).
  2. «Влияние имеющегося тока короткого замыкания на приводы переменного тока», технический бюллетень Schneider Electric (2008).

Полная, активная и реактивная мощность

В этом разделе рассматриваются основные концепции полной, активной (реальной) и реактивной мощности, которые являются важными составляющими при анализе энергосистемы.

Рассмотрим общую однофазную схему с приложенным синусоидальным напряжением $ v = {{V} _ {m}} sin \ left (wt \ right) $. В результате получается ток $ i = {{I} _ {m}} sin (wt \ pm \ theta) $, который является ведущим (θ положительно) для цепи емкостного типа и отстает (θ отрицательно) для цепи индуктивного типа. .

Мгновенная мощность составляет

$ p = vi = {{V} _ {m}} {{I} _ {m}} Sin \ omega tSin \ left (wt + \ theta \ right) $

Использование тригонометрического identity,

$ Sin \ alpha Sin \ beta = \ frac {1} {2} \ left (Cos \ left (\ alpha — \ beta \ right) -Cos \ left (\ alpha + \ beta \ right) \ right) ) $

Итак, выражение мощности:

$ P = \ frac {{{V} _ {m}} {{I} _ {m}}} {2} \ left (\ cos \ left (wt-wt- \ theta \ right) — \ cos \ left (wt + wt + \ theta \ right) \ right) $

$ P = \ frac {{{V} _ {m}} {{I} _ {m}}} {\ sqrt {2}} \ left (\ cos \ left (- \ theta \ right) — \ cos \ left (2wt + \ theta \ right) \ right) $

Потому что

$ V = \ frac {{{V} _ {m}}} {2} $

$ I = \ frac {{{I} _ {m}}} {2} $

Итак,

$ P = VI \ left (\ cos \ left (\ theta \ right) — VI \ cos \ left (2wt + \ theta \ right) \ right) ~~~~~~~~ \ cdots ~~~~~~ \ left (1 \ right) $

Второй член уравнения (1) представляет косинусоидальная волна, удвоенная частота приложенного напряжения; так как среднее значение косинусоидальной волны равно нулю, этот член не вносит никакого вклада в среднюю мощность.Однако первый член имеет особое значение, поскольку все члены V, I и Cosθ постоянны и не меняются со временем. Таким образом, среднее значение мощности P равно

$ P = VICos \ left (\ theta \ right) ~~ \ text {} \ cdots \ text {} ~~~ \ left (2 \ right) $.

Где V и I — эффективные среднеквадратичные значения напряжения и тока, а θ — фазовый угол между напряжением и током. Поскольку фазовый угол для однофазной цепи всегда находится в пределах ± 90 o , поэтому

$ Cos \ left (\ theta \ right) \ geqq 0 $

And

$ P \ geqq 0 $

Член Cos θ называется коэффициентом мощности, а угол θ — углом коэффициента мощности.В индуктивной цепи, где ток отстает от напряжения, коэффициент мощности описывается как коэффициент мощности с запаздыванием. В емкостной цепи, где ток опережает напряжение, коэффициент мощности рассматривается как ведущий коэффициент мощности.

Полная мощность

Поскольку продукт VI в уравнении (2) не представляет ни среднюю мощность в ваттах, ни реактивную мощность в варах, он определяется новым термином, полная мощность. {2} }} $

Реактивная мощность

Реактивная мощность Q определяется уравнением (4)

$ Q = VI ~ Sin \ theta $

Если в цепи есть только индуктивный элемент, Q — это индуктивная реактивная мощность, Q L выражается в VARS.

Если в цепи есть только емкостной элемент, Q — это емкостная реактивная мощность, Q C выражается в той же единице, что и Q L .

Если цепь содержит как индуктивность, так и емкость, чистая реактивная мощность Q t представляет собой разницу между емкостной реактивной мощностью и индуктивной реактивной мощностью. В таком случае конденсатор возвращает энергию в цепь, а катушка индуктивности забирает энергию из цепи.

Реальная, полная и реактивная мощность

Мощность, это реально?

На этой неделе мы рассмотрим мощность; реальный, кажущийся и реактивный и как коэффициент мощности вписывается в контекст коммерческой солнечной системы

Что такое коэффициент мощности?

Коэффициент мощности — это соотношение между напряжением и током в системе переменного тока, а при чисто резистивных нагрузках ток и напряжение вместе дают коэффициент мощности, равный единице.

На самом деле это не так, поскольку на объектах обычно используются как емкостные, так и индуктивные нагрузки, поэтому коэффициент мощности всегда меньше единицы.

На объектах с емкостной и индуктивной нагрузкой ток не совпадает по фазе с напряжением.

Коэффициент мощности, отличный от единицы

На месте потребляется как активная, так и реактивная мощность. Важна реальная мощность, она выполняет всю работу, но на самом деле заказчик платит за полную мощность, которая равна реальной мощности / коэффициенту мощности.

Что такое реактивная мощность?

Реактивная мощность — необходимая часть всего уравнения, она необходима для поддержания напряжения и помогает течению реальной мощности в цепи переменного тока. Чем больше реактивная мощность, тем ниже коэффициент мощности, и если бы реактивная мощность была равна нулю, коэффициент мощности был бы равен единице.

Важность реактивной мощности

Требуется поддерживать напряжение для передачи активной мощности (ватт) по линиям передачи, и всем нагрузкам двигателя требуется реактивная мощность для преобразования потока электронов в полезную работу.Если реактивной мощности недостаточно, напряжение падает, и невозможно передать мощность, требуемую нагрузкой, по линиям.

Какая полная мощность?

Векторы активной и реактивной мощности суммируются, чтобы получить полную мощность, и объект оплачивает полную мощность. Существует векторная взаимосвязь между реальной, реактивной и кажущейся

Объект: индуктивные / емкостные нагрузки

Двигатели и т. Д. Являются индуктивными нагрузками, и на этих объектах ток отстает от напряжения, что приводит к отставанию коэффициента мощности.Таким образом, ток отстает от напряжения. Это наиболее частая ситуация, с которой можно столкнуться на коммерческих сайтах.

Если большинство нагрузок емкостные, ток опережает напряжение, что приводит к опережающему коэффициенту мощности, что встречается реже.

Все это влияет на сеть

Если на объекте наблюдается опережающий коэффициент мощности, это может привести к повышению напряжения, тогда как запаздывающий коэффициент мощности приводит к падению напряжения

Из-за этих резких скачков и падений напряжения, сетка пытается защитить себя.

Теперь, если реактивная мощность увеличивается, полная мощность также увеличивается, но нет никакого изменения реальной мощности из-за их взаимосвязи. Генераторы выполняют более реальную работу, но они все еще должны обеспечивать большую кажущуюся мощность.

Итак, что вы будете делать

Для объектов с низким коэффициентом мощности существуют методы и продукты, которые можно использовать для исправления этой ситуации с коэффициентом мощности. Сайт с запаздывающим коэффициентом мощности может использовать большое количество конденсаторов для компенсации и уменьшения количества реактивной мощности, поступающей из сети.

Коэффициент мощности и инверторы

Имеется некоторое подобие управления с использованием инверторов с регулированием реактивной мощности.

Обычно по умолчанию коэффициент мощности равен 1, и это означает, что они вносят только активную мощность.

Заключение

Ни одна из площадок не будет иметь идеального коэффициента мощности равного 1, поскольку неизменно присутствуют индуктивные и емкостные нагрузки.

Вся мощность складывается из реальной, полной и реактивной мощности, но это полная мощность, за которую вы платите по счету.Коммерческий проектировщик солнечной энергии должен учитывать конкретный коэффициент мощности объекта, и, если он достаточно низкий, может потребоваться принятие определенных стратегий для корректировки в дополнение к планированию коммерческой солнечной системы.

Активная, реактивная и полная мощность в цепях переменного тока

Активная мощность:

Если активное сопротивление (например, нагревательный элемент) подключено к цепи переменного тока, результирующие напряжение и ток совпадают по фазе (синяя и красная кривые на схеме ниже).Умножение связанных пар мгновенных значений напряжения и тока дает мгновенную мощность (зеленая кривая).

Такая кривая мощности всегда положительна, потому что для активного сопротивления напряжение и ток всегда либо положительные, либо отрицательные. Положительная мощность передается от генератора к потребителю. Зеленые зоны отображают проделанную активную работу. Поскольку мощность имеет частоту в два раза превышающую частоту напряжения или тока, не может быть отображен вместе с током и напряжением на нормальной векторной диаграмме.

Мощность переменного тока p ( t ) имеет пиковое значение p 0 = u 0 · i 0 и может быть преобразовано путем приравнивания площадей под кривой в эквивалентную мощность постоянного тока , или активная мощность P . Активная мощность для активного сопротивления составляет половину пиковой мощности, т.е.

Другими словами:

Активная мощность для активного сопротивления является произведением среднеквадратичного напряжения и среднеквадратичного тока.

Реактивная мощность:

Если чистое реактивное сопротивление, т. Е. Емкостное или индуктивное сопротивление, подключено к цепи переменного тока, сдвиг фаз j между током и напряжением составляет 90 °, ток опережает напряжение в случае емкости и отстает от напряжения в случай индуктивности (как показано на схеме ниже). Кривая мощности здесь симметрична относительно оси времени, так что положительная и отрицательная (серые) области компенсируют друг друга, и в целом активная мощность не потребляется.Отрицательные значения означают, что мощность возвращается от потребителя к генератору. За один период энергия дважды возвращается от катушки (потребителя) к генератору. Общая энергия постоянно колеблется между генератором и потребителем. В результате получается чистая потребляемая реактивная мощность индуктивного или емкостного характера в зависимости от используемого компонента. Реактивная мощность обозначается Q и выражается в единицах Var .

Полная мощность:

Если нагрузка, включающая компоненты активного и реактивного сопротивления, подключена к переменному напряжению, возникают компоненты активной и реактивной мощности.Схема ниже демонстрирует это в случае индуктивной нагрузки, ток и напряжение которой сдвинуты по фазе на 60 °. Кривая мощности здесь в основном расположена выше оси времени. Серые области частично компенсируют друг друга и представляют компонент реактивной мощности, а зеленые области представляют активную мощность (или выполненную активную работу).

Умножение измеренных значений напряжения и сдвинутого по фазе тока дает здесь полную мощность S , которая выражается в вольт-амперах (ВА):

Кажущаяся мощность — это , а не мера преобразования электрической энергии в цепи, вместо этого она служит просто вычисляемой переменной, состоящей из активной и реактивной мощности.Соответственно, активная мощность P , показанная измерителем мощности (ваттметром) при наличии фазового сдвига между током и напряжением, всегда меньше, чем кажущаяся мощность S , рассчитанная из среднеквадратичных значений тока и напряжения.

Реальная мощность, реактивная мощность, полная мощность и коэффициент мощности — www.CCTV.supplies

Реактивная мощность, которая представляет собой среднее по времени мгновенное произведение напряжения и тока при фазе тока, сдвинутой на 90 градусов. (VAR, реактивные вольт)

Полная мощность (ВА) измеряется проще всего; это то, что вы получаете, когда измеряете среднеквадратичное значение вольта одним измерителем, а среднеквадратичное значение ампер — другим измерителем и умножаете эти два значения.

P = V x A = VA
Уравнение 1; Полная мощность

Измерения должны производиться измерителями «True RMS». К сожалению, это не отражает реальную мощность, потребляемую «реактивной» нагрузкой, такой как двигатель.

Человек может измерить, что скважинный насос потребляет 120 В и 6 ампер. Казалось бы,
означает, что в нем используется всего:

P = 120 В x 6 A = 720
Вт Уравнение 2; Неправильный расчет реальной мощности

Однако это только расчет полной мощности, которая на самом деле измеряется в ВА и не равна реальной потребляемой мощности.Скважинный насос имеет связанный с ним коэффициент мощности (PF). PF — это отношение реальной мощности к полной мощности.

PF = Активная мощность / Полная мощность
Уравнение 3; Коэффициент мощности

Когда насос работает, он обладает некоторыми магнитными характеристиками, что приводит к потреблению большей «кажущейся» мощности (ВА), чем «реальной» мощности (Вт). Измерение реальной мощности (определение 2 выше) требует использования специальных инструментов. Существует более старый тип измерителя, называемый электродинамическим ваттметром, который может измерять реальную мощность; современным эквивалентом будет измеритель мощности модели 41 Fluke.Измеритель Fluke может достичь точности только в несколько процентов из-за использования токоизмерительных клещей. Точность менее 1 процента потребует отказа от клещевого щупа для измерения тока. Fluke 41 также измеряет «коэффициент мощности» (PF), который представляет собой реальную мощность, деленную на полную мощность. Если коэффициент мощности скважинного насоса равен 0,8, это можно использовать для расчета реальной мощности по формуле:

P = 120 В x 6 A x 0,8 = 576 Вт
Уравнение 4; Правильный расчет реальной мощности

Следовательно, правильно рассчитывать мощность переменного тока по формуле:

P = V x A x PF = Вт
Уравнение 5; Реальная мощность

Коэффициент мощности используется для вычисления реальной мощности.Реальная мощность всегда выражается в
Вт, а полная мощность — в ВА.

Причина, по которой реальная мощность важна, заключается в том, что мощность, потребляемая инвертором от батареи, пропорциональна реальной мощности, подаваемой на нагрузку, а не полной мощности. Два отдельных измерителя (для измерения ампер и вольт) не могут измерить реальную мощность, если нагрузка не является чисто резистивной (например, лампы накаливания или нагреватели без двигателей вентиляторов).

2. Определение VAR (вольт-ампер-реактивный).
Магнитные нагрузки, такие как двигатели, могут потреблять больше ВА мощности, чем фактическая реальная мощность. Дополнительный компонент называется VAR. VAR — это в основном магнитная мощность, которая вызывает фазовый сдвиг между кривыми напряжения и тока.


Рисунок 1. Фазовый сдвиг напряжения в ток

Этот фазовый сдвиг между напряжением и током уменьшает перекрытие между двумя кривыми и эффективно обеспечивает меньшую мощность для нагрузок.

3. Графическое представление реальной мощности, реактивной мощности, полной мощности и коэффициента мощности.
Реальная мощность, ВА и ВАР связаны как векторы, показанные на диаграмме ниже. Полная мощность — это квадратный корень из суммы квадратов реактивной мощности и реальной мощности.


Рисунок 2, Взаимосвязь между тремя типами мощности

На приведенном выше векторном графике показаны компоненты потребляемой мощности. Компонент
VAR представляет компонент реактивной мощности, а компонент ватт представляет собой активную мощность. Комбинация этих двух значений представляет собой ВА, полную мощность.Угол между осью реальной мощности (по горизонтали) и вектором полной мощности равен тета. Косинус угла тета равен коэффициенту мощности, как определено в уравнении 3. Часто производители электрического оборудования определяют коэффициент мощности по cos (тета), а не по коэффициенту мощности.

Таким образом, когда инвертор работает с нагрузками с коэффициентом мощности меньше 1, мощность инвертора эффективно снижается. Если к инвертору на 5000 ВА подключена нагрузка 5000 ВА с коэффициентом мощности 0,8, реальная выходная мощность инвертора составляет всего 4000 Вт.В этом сценарии мощность инвертора полностью используется, и батареи будут разряжены, как если бы у нас была нагрузка в 4000 Вт, реальная мощность, а не 5000 Вт, ВА на батарее.

КПД в предыдущем примере будет приблизительно равен КПД инвертора на уровне 5000 ВА, что ниже КПД 4000 ВА, даже если инвертор выдает только 4000 реальных ватт. Этот более низкий КПД является штрафом, связанным с нагрузками с низким коэффициентом мощности.

Истинная мощность, кажущаяся мощность и коэффициент мощности

В AMETEK Programmable Power мы стремимся помочь вам выбрать лучший источник питания переменного тока для вашей тестовой системы, даже если вы в настоящее время не являетесь экспертом в области питания переменного тока. Первое, что вам нужно знать, — это термины, используемые инженерами-энергетиками переменного тока. Ниже вы найдете определения трех основных терминов, касающихся мощности переменного тока, которые вам необходимо знать: истинная мощность, полная мощность и коэффициент мощности.

  1. Истинная сила .Нас всех учат, что мощность, потребляемая нагрузкой, равна напряжению на нагрузке, умноженному на ток, протекающий через нагрузку. Хотя это, безусловно, верно для нагрузок постоянного тока, ситуация немного сложнее для реактивных нагрузок. Чтобы рассчитать истинную мощность, потребляемую нагрузкой, необходимо принять во внимание несинусоидальные формы сигнала, которые могут присутствовать, а также углы опережения или запаздывания тока, вызванные реактивными элементами в нагрузке. Истинная мощность, потребляемая нагрузкой, будет меньше, чем простое произведение напряжения на нагрузке и тока через нагрузку в результате этих факторов.
  2. Полная мощность (или вольт-ампер). Когда реактивная нагрузка подключена к источнику переменного тока, кажется, что она потребляет больше энергии, чем на самом деле, отсюда и термин «полная мощность». Причина, по которой реактивная нагрузка, по-видимому, потребляет больше мощности, чем на самом деле, заключается в том, что реактивная нагрузка фактически возвращает часть мощности обратно источнику. По этой причине мы измеряем полную мощность не в ваттах, а в вольтах. Вольт-амперы, или ВА, являются произведением истинного среднеквадратичного значения тока, умноженного на истинное среднеквадратичное значение напряжения.
    Знание вольт-ампер очень важно при выборе источников питания переменного тока и проектировании проводки и защиты цепи испытательной системы, в которой используется источник питания переменного тока. Причина этого в том, что, хотя кажущаяся мощность может быть больше, чем истинная потребляемая мощность, ток, протекающий через нагрузку, очень реален. Например, реактивная нагрузка на источнике 120 В переменного тока может иметь истинную номинальную мощность 2400 Вт, но номинальную полную мощность 3600 ВА. Ток нагрузки в этом случае будет 30 А, и не только источник переменного тока должен обеспечивать 30 А, но и размеры проводов и устройства защиты цепи должны быть выбраны для обработки этого тока.
  3. Коэффициент мощности . Коэффициент мощности — это отношение (без единиц измерения) истинной мощности (измеренной в ваттах) к полной мощности (измеренной в вольт-амперах).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *