כוח פעיל, תגובתי ונראה (לכאורה). מהו כוח אקטיבי, תגובתי ונראה לעין

מתוך מכתב לקוח:
ספר לי, למען השם, מדוע הספק של ה-UPS מצוין ב-Volt-Amps, ולא בקילווואטים הרגילים עבור כולם. זה מאוד מלחיץ. אחרי הכל, כולם כבר מזמן רגילים לקילווואט. כן, וההספק של כל המכשירים מצוין בעיקר ב-kW.
אלכסיי. 21 ביוני 2007

IN מפרט טכנישל כל UPS מסומנים ההספק [kVA] וההספק הפעיל [kW] - הם מאפיינים את כושר העומס של UPS. דוגמה, ראה תמונות למטה:

ההספק של לא כל המכשירים מצוין ב-W, לדוגמה:

• הספק של שנאים מצוין ב-VA:
  http://www.mstator.ru/products/sonstige/powertransf (שנאי TP: ראה קובץ מצורף)
  http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (שנאי TSGL: ראה קובץ מצורף)
• כוחם של קבלים מצוין ב-Vars:
  http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (קבלים K78-39: ראה נספח)
  http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (קבלים בבריטניה: ראה קובץ מצורף)
• לדוגמאות של עומסים אחרים, ראה את הנספחים שלהלן.

ניתן להגדיר במדויק את מאפייני ההספק של העומס עם פרמטר בודד אחד (הספק פעיל ב-W) רק במקרה של זרם ישר, שכן יש רק סוג אחד של התנגדות במעגל הזרם הישר - התנגדות אקטיבית.

לא ניתן לציין במדויק את מאפייני ההספק של העומס במקרה של זרם חילופין עם פרמטר בודד אחד, מכיוון שיש שניים סוגים שוניםהתנגדות - פעיל ותגובתי. לכן, רק שני פרמטרים: כוח פעיל וכוח תגובתי מאפיינים במדויק את העומס.

עקרון הפעולה של התנגדויות אקטיביות ותגובתיות שונה לחלוטין. התנגדות אקטיבית - ממירה באופן בלתי הפיך אנרגיה חשמלית לסוגי אנרגיה אחרים (תרמית, אור וכו') - דוגמאות: מנורת ליבון, מחמם חשמלי (סעיף 39, שיעור פיזיקה 11 V.A. Kasyanov M .: Bustard, 2007).

תגובתיות - צוברת אנרגיה לסירוגין ואז מחזירה אותה לרשת - דוגמאות: קבל, משרן (סעיף 40.41, שיעור פיזיקה 11 V.A. Kasyanov M .: Bustard, 2007).

אתה יכול לקרוא עוד בכל ספר לימוד של הנדסת חשמל שהספק פעיל (המתפזר בהתנגדות אומהית) נמדד בוואטים, והספק תגובתי (מוזרם באמצעות תגובתיות) נמדד ב- vars; שני פרמטרים נוספים משמשים גם לאפיון הספק העומס: הספק כולל ומקדם הספק. כל 4 האפשרויות הללו:

1. כוח פעיל: ייעוד פ, יחידת מידה: וואט
2. כוח תגובתי: ייעוד ש, יחידת מידה: VAR(Volt Ampere Reactive)
3. כוח ברוטו: ייעוד ס, יחידת מידה: VA(מגבר וולט)
4. גורם כוח: ייעוד קאוֹ cosФ, יחידת מידה: כמות חסרת מימד

פרמטרים אלה קשורים על ידי היחסים: S*S=P*P+Q*Q, cosФ=k=P/S

גַם cosФנקרא גורם ההספק ( גורם כוח – PF)

לכן, בהנדסת חשמל, כל שני פרמטרים אלה ניתנים עבור מאפייני הספק, שכן השאר ניתן למצוא משני אלה.

לדוגמה, מנועים חשמליים, מנורות (פריקה) - באלה. הנתונים הם P[kW] ו-cosФ:
http://www.mez.by/dvigatel/air_table2.shtml (מנועי AIR: ראה קובץ מצורף)
http://www.mscom.ru/katalog.php?num=38 (מנורות DRL: ראה נספח)
(דוגמאות לנתונים טכניים עומסים שוניםראה נספח למטה)

זה אותו דבר עם ספקי כוח. ההספק שלהם (קיבולת עומס) מאופיין בפרמטר אחד עבור ספקי כוח DC - הספק אקטיבי (W), ושני פרמטרים למקור. מתח AC. בדרך כלל שני הפרמטרים הללו הם הספק לכאורה (VA) והספק אקטיבי (W). ראה למשל פרמטרים של גנסט ו-UPS.

רוב משרד ו מכשירי חשמל ביתיים, פעיל (התנגדות תגובתית נעדרת או קטנה), ולכן הכוח שלהם מצוין בוואטים. במקרה זה, בעת חישוב העומס, נעשה שימוש בערך הספק UPS בוואטים. אם העומס הוא מחשבים עם ספקי כוח (PSU) ללא תיקון מקדם הספק כניסה (APFC), מדפסת לייזר, מקרר, מזגן, מנוע חשמלי (לדוגמה, משאבה טבולה או מנוע כחלק ממכונה) , מנורות נטל פלורסנט וכו' - כל התפוקות משמשות בחישוב . נתוני UPS: kVA, kW, מאפייני עומס יתר וכו'.

ראה ספרי לימוד בהנדסת חשמל, למשל:

1. Evdokimov F. E. בסיס תיאורטיהנדסת חשמל. - מ.: מרכז ההוצאה לאור "אקדמיה", 2004.

2. Nemtsov M. V. הנדסת חשמל ואלקטרוניקה. - מ.: מרכז ההוצאה לאור "אקדמיה", 2007.

3. Chastoyedov L. A. הנדסת חשמל. - M.: בוגר בית - ספר, 1989.

ראה גם מתח AC, מקדם הספק, התנגדות חשמלית, תגובתיות http://en.wikipedia.org
(תרגום: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)

יישום

דוגמה 1: הספק של שנאים ושנאים אוטומטיים מצוין ב-VA (Volt Amps)

http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (שנאי TSGL)

שנאים אוטומטיים חד פאזיים
TDGC2-0.5kVa, 2A		AOSN-2-220-82
TDGC2-1.0kVa, 4A	Latr 1.25	AOSN-4-220-82
TDGC2-2.0kVa, 8A	Latr 2.5	AOSN-8-220-82
TDGC2-3.0kVa, 12A
TDGC2-4.0kVa, 16A
TDGC2-5.0kVa, 20A		AOSN-20-220
TDGC2-7.0kVa, 28A
TDGC2-10kVa, 40A		AOMN-40-220
TDGC2-15kVa, 60A
TDGC2-20kVa, 80A

http://www.gstransformers.com/products/voltage-regulators.html (LATR / שנאים אוטומטיים במעבדה TDGC2)

דוגמה 2: הספק של קבלים מצוין ב-Vars (Volt Amperes reactive)

http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (קבלים K78-39)

http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (קבלים בבריטניה)

דוגמה 3: נתונים טכניים של מנועים חשמליים מכילים הספק פעיל (kW) ו-cosФ

עבור עומסים כגון מנועים חשמליים, מנורות (פריקה), ספקי כוח למחשבים, עומסים משולבים וכו' - הנתונים הטכניים מציינים P [kW] ו-cosФ (הספק פעיל ומקדם הספק) או S [kVA] ו-cosФ (הספק לכאורה ו-cosФ). כוח גורם הספק).

http://www.weiku.com/products/10359463/Stainless_Steel_cutting_machine.html
(עומס משולב - מכונת חיתוך פלזמה פלדה / מהפך חותך פלזמה LGK160 (IGBT)

http://www.silverstonetek.com.tw/product.php?pid=365&area=en (ספק כוח למחשב)

תוספת 1

אם העומס יש יחס גבוהכוח (0.8 ... 1.0), ואז המאפיינים שלו מתקרבים לעומס הפעיל. עומס כזה הוא אידיאלי הן עבור קו הרשת והן עבור מקורות כוח, כי. אינו מייצר זרמים והספקים תגובתיים במערכת.

לכן, במדינות רבות אומצו תקנים המנרמלים את גורם ההספק של הציוד.

מוסף 2

לציוד בעל עומס יחיד (לדוגמה, ספק כוח למחשב) ולציוד משולב מרובה רכיבים (לדוגמה, מכונת כרסום תעשייתית הכוללת מספר מנועים, מחשב אישי, תאורה וכו') יש מקדמי הספק נמוכים (פחות מ-0.8) של ליחידות פנימיות (לדוגמה, מיישר ספק כוח למחשב או מנוע חשמלי יש מקדם הספק 0.6 .. 0.8). לכן, כיום, לרוב הציוד יש מתקן גורם הספק קלט. במקרה זה, מקדם הספק הקלט הוא 0.9 ... 1.0, אשר תואם את התקנים הרגולטוריים.

תוספת 3. הערה חשובה לגבי מקדם ההספק של UPS ומייצבי מתח

כושר העומס של UPS ו-DGU מנורמל לעומס תעשייתי סטנדרטי (גורם הספק 0.8 עם אופי אינדוקטיבי). לדוגמה, UPS 100 kVA / 80 kW. המשמעות היא שהמכשיר יכול לספק עומס אקטיבי של הספק מרבי של 80 קילוואט, או עומס מעורב (אקטיבי-תגובתי) של הספק מקסימלי של 100 קילוואט עם מקדם הספק אינדוקטיבי של 0.8.

במייצב מתח המצב שונה. עבור המייצב, מקדם הספק העומס הוא אדיש. לדוגמה, וסת מתח של 100 קילוואט. המשמעות היא שהמכשיר יכול לספק עומס פעיל בהספק מרבי של 100 קילוואט, או כל הספק אחר (פעיל בלבד, תגובתי בלבד, מעורב) של 100 קילוואט או 100 קילוואט עם כל מקדם הספק קיבולי או אינדוקטיבי. שימו לב שזה נכון לעומס ליניארי (ללא הרמוניות זרם גבוהות יותר). עם עיוות הרמוני גדול של זרם העומס (THD גבוה), הספק המוצא של המייצב מופחת.

מוסף 4

דוגמאות להמחשה של עומסי התנגדות טהורים ועומסים תגובתיים טהורים:

• מנורת ליבון 100 W מחוברת לרשת AC 220 VAC - יש זרם הולכה בכל מקום במעגל (דרך מוליכים החוטים ושיער הטונגסטן של המנורה). מאפייני עומס (מנורות): הספק S=P~=100 VA=100 W, PF=1 => כל הכוח החשמלי פעיל, כלומר נספג לחלוטין במנורה והופך להספק חום ואור.
• קבל לא קוטבי 7 uF מחובר לרשת 220 VAC AC - יש זרם הולכה במעגל החוטים, זרם הטיה זורם בתוך הקבל (דרך הדיאלקטרי). מאפייני העומס (קבלים): הספק S=Q~=100 VA=100 VAr, PF=0 => כל הכוח החשמלי הוא תגובתי, כלומר הוא מסתובב כל הזמן מהמקור לעומס ובחזרה, שוב לעומס, וכו '

מוסף 5

כדי לציין את התגובה הרווחת (אינדוקטיבית או קיבולית), הסימן מוקצה לגורם ההספק:

+ (פלוס)– אם התגובה הכוללת היא אינדוקטיבית (דוגמה: PF=+0.5). השלב הנוכחי מפגר את שלב המתח בזווית F.

- (מינוס)– אם התגובה הכוללת היא קיבולית (לדוגמה: PF=-0.5). שלב הזרם מוביל את שלב המתח בזווית F.

מוסף 6

שאלות נוספות

שאלה 1:
מדוע כל ספרי הלימוד של הנדסת חשמל משתמשים במספרים/כמויות דמיוניות (למשל, הספק תגובתי, תגובתיות וכו') שאינם קיימים במציאות בעת חישוב מעגלי AC?

תשובה:
כן, כל הכמויות הבודדות בעולם שמסביב הן אמיתיות. כולל טמפרטורה, תגובתיות וכו'. השימוש במספרים דמיוניים (מורכבים) הוא רק טריק מתמטי שמקל על החישובים. תוצאת החישוב היא בהכרח מספר ממשי. דוגמה: ההספק התגובתי של עומס (קבל) של 20 kvar הוא זרימת האנרגיה האמיתית, כלומר, הוואטים האמיתיים שמסתובבים במעגל עומס המקור. אבל על מנת להבחין בין הוואטים הללו לבין הוואטים הנספגים באופן בלתי הפיך בעומס, ה"וואטים המסתובבים" הללו החליטו לקרוא ל-Volt·Amps reactive.

תגובה:
בעבר השתמשו בפיזיקה רק בכמויות בודדות, ובחישוב כל הכמויות המתמטיות תאמו את הכמויות האמיתיות של העולם הסובב. לדוגמה, מרחק שווה מהירות כפול זמן (S=v*t). לאחר מכן, עם התפתחות הפיזיקה, כלומר, כאובייקטים מורכבים יותר (אור, גלים, מתחלפים חַשְׁמַל, אטום, חלל וכו') הופיעו כאלה מספר גדול של כמויות פיזיותשנעשה בלתי אפשרי לחשב כל אחד בנפרד. זו לא רק בעיה של חישוב ידני, אלא גם בעיה של קומפילציה של תוכנות מחשב. כדי לפתור בעיה זו, החלו לשלב כמויות בודדות קרובות לכדי מורכבות יותר (כולל 2 כמויות בודדות או יותר), תוך ציית לחוקי הטרנספורמציה המוכרים במתמטיקה. כך גדלים סקלריים (בודדים) (טמפרטורה וכו'), דואלי וקטור ומורכב (עכבה וכו'), משולש וקטור (וקטור). שדה מגנטיוכו'), וכמויות מורכבות יותר - מטריצות וטנסורים (טנזור היתריות, הטנזור של Ricci וכו'). כדי לפשט את החישובים בהנדסת חשמל, נעשה שימוש בכמויות הכפולות הדמיוניות (מורכבות) הבאות:

1. עכבה (עכבה) Z=R+iX
2. הספק לכאורה S=P+iQ
3. קבוע דיאלקטרי e=e"+ie"
4. חדירות מגנטית m=m"+im"
5. וכו.

שאלה 2:

העמוד http://en.wikipedia.org/wiki/Ac_power מציג את S P Q Ф על המתחם, כלומר מישור דמיוני/לא קיים. מה כל זה קשור למציאות?

תשובה:
קשה לבצע חישובים עם סינוסואידים אמיתיים, לכן, כדי לפשט את החישובים, נעשה שימוש בייצוג וקטור (מורכב), כמו באיור. גבוה יותר. אבל זה לא אומר שה-S P Q המוצג באיור אינו קשור למציאות. הערכים האמיתיים של S P Q יכולים להיות מיוצגים בדרך הרגילה, בהתבסס על מדידות של אותות סינוסואידים עם אוסילוסקופ. הערכים של S P Q Ф I U במעגל AC-מקור עומס תלויים בעומס. להלן דוגמה לאותות סינוסואידים אמיתיים SP Q ו-F למקרה של עומס המורכב מהתנגדויות אקטיביות ותגובתיות (אינדוקטיביות) המחוברות בסדרה.

שאלה 3:
עם מלחצי זרם קונבנציונליים ומולטימטר, נמדד זרם עומס של 10 A, והמתח בעומס היה 225 V. אנו מכפילים ומקבלים את כוח העומס ב-W: 10 A 225V \u003d 2250 W.

תשובה:
קיבלת (חישבת) את הספק העומס הכולל של 2250 VA. לכן, התשובה שלך תהיה תקפה רק אם העומס שלך הוא התנגדות בלבד, אז אכן Volt Amp שווה לוואט. לכל סוגי העומסים האחרים (לדוגמה, מנוע חשמלי) - לא. כדי למדוד את כל המאפיינים של כל עומס שרירותי, עליך להשתמש בנתח רשת, כגון APPA137:

ראה ספרות נוספת, למשל:

Evdokimov F. E. יסודות תיאורטיים של הנדסת חשמל. - מ.: מרכז ההוצאה לאור "אקדמיה", 2004.

Nemtsov M.V. הנדסת חשמל ואלקטרוניקה. - מ.: מרכז ההוצאה לאור "אקדמיה", 2007.

Chastoyedov L.A. הנדסת חשמל. - מ': בית ספר תיכון, 1989.

מתח AC, גורם הספק, התנגדות חשמלית, תגובתיות
http://en.wikipedia.org (תרגום: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)

תיאוריה וחישוב של שנאים בהספק נמוך Yu.N. Starodubtsev / RadioSoft Moscow 2005 / rev d25d5r4feb2013

המטרה העיקרית בהולכת חשמל היא הגברת יעילות הרשתות. לכן, יש צורך לצמצם הפסדים. הגורם העיקרי להפסדים הוא כוח תגובתי, שפיצויו משפר משמעותית את איכות החשמל.

כוח תגובתי גורם לחימום מיותר של חוטים, תחנות חשמל עומסות יתר על המידה. נאלצים להעריך יתר על המידה את קטעי החשמל והכבלים של השנאים, מתח החשמל מופחת.

הרעיון של כוח תגובתי

כדי לגלות מהו כוח תגובתי, יש צורך להגדיר אחר סוגים אפשרייםכּוֹחַ. כאשר קיים עומס פעיל (נגד) במעגל, רק כוח פעיל נצרך, אשר מושקע כולו על המרת אנרגיה. זה אומר שאנחנו יכולים לנסח מהו כוח אקטיבי, זה שבו הזרם עושה עבודה יעילה.

בזרם ישר, רק כוח פעיל נצרך, מחושב לפי הנוסחה:

נמדד בוואט (W).

במעגלים חשמליים עם זרם חילופין, בנוכחות עומס פעיל ותגובתי, מחוון הכוח מסוכם משני מרכיבים: כוח פעיל ותגובתי.

1. קיבולי (קבלים). הוא מאופיין בהתקדמות פאזה של הזרם בהשוואה למתח;
2. אינדוקטיבי (סלילים). הוא מאופיין בפיגור פאזה של זרם ביחס למתח.

אם ניקח בחשבון מעגל AC עם עומס התנגדות מחובר (תנורי חימום, קומקומים, נורות נימה), הזרם והמתח יהיו בשלבים, וההספק הנראה, שנלקח במרווח זמן מסוים, מחושב על ידי הכפלת קריאות המתח והזרם .

עם זאת, כאשר המעגל מכיל רכיבים תגובתיים, קריאות המתח והזרם לא יהיו בשלבים, אלא יהיו שונים בכמות מסוימת, שנקבעת על ידי זווית ההסטה "φ". לנצל שפה פשוטה, אומרים שעומס תגובתי מחזיר אנרגיה למעגל החשמלי באותה מידה שהוא צורך. כתוצאה מכך, מתברר כי עבור צריכת החשמל הפעילה, המחוון יהיה אפס. במקביל, זרם תגובתי זורם דרך המעגל, לא עושה עבודה יעילה. לכן, כוח תגובתי נצרך.

כוח תגובתי הוא החלק באנרגיה שמאפשר לך להתקין שדות אלקטרומגנטייםנדרש על ידי ציוד AC.

חישוב הכוח התגובתי מתבצע על פי הנוסחה:

Q \u003d U x I x sin φ.

יחידת המידה להספק תגובתי היא VAR (Vettampere תגובתי).

ביטוי עבור כוח פעיל:

P = U x I x cos φ.

היחס בין הספק פעיל, תגובתי ולכאורה לזרם משתנה סינוסואידי מיוצג גיאומטרי על ידי שלוש הצלעות של משולש ישר זווית, הנקרא משולש הכוח. מעגלים חשמליים AC צורכים שני סוגים של אנרגיה: כוח פעיל והספק תגובתי. בנוסף, הערך של כוח פעיל לעולם אינו שלילי, בעוד שהספק תגובתי יכול להיות חיובי (עם עומס אינדוקטיבי) או שלילי (עם עומס קיבולי).

חָשׁוּב!ניתן לראות ממשולש הכוח שתמיד מועיל להפחית את הרכיב התגובתי על מנת להגביר את יעילות המערכת.

כוח מלא לא נמצא כ סכום אלגבריערך הספק פעיל ותגובתי, הוא הסכום הווקטור של P ו-Q. הערך הכמותי שלו מחושב על ידי חילוץ שורש ריבועימסכום הריבועים של מחווני הספק: פעיל ותגובתי. ניתן למדוד את ההספק הנראה ב-VA (voltampere) או בנגזרותיו: kVA, mVA.

כדי לחשב את ההספק הנראה, יש לדעת את הפרש הפאזות בין ערכי הסינוסים U ו-I.

גורם כוח

באמצעות תמונה וקטורית המיוצגת גיאומטרית, ניתן למצוא את היחס בין צלעות המשולש התואמות להספק השימושי והסך הכל, שיהיה שווה לקוסינוס פי או לגורם הכוח:

מקדם זה מוצא את היעילות של הרשת.

מספר הוואטים הנצרכים זהה למספר הוולטמפר הנצרך במקדם הספק של 1 או 100%.

חָשׁוּב!ההספק המלא הוא קרוב יותר למחוון הפעיל, ככל שה-cos φ גדול יותר, או ככל שזווית ההסטה קטנה יותר של ערכי הסינוסים של זרם ומתח.

אם, למשל, יש סליל שעבורו:

• P = 80 W;
• Q = 130 VAR;
• אז S = 152.6 BA כ-RMS;
• cos φ = P/S = 0.52 או 52%

אנו יכולים לומר שהסליל דורש 130 וורס של הספק מלא לביצוע עבודה שימושית 80 W.

cos φ תיקון

כדי לתקן את ה-cos φ, נעשה שימוש בעובדה שעם עומס קיבולי ואינדוקטיבי, וקטורי האנרגיה התגובתית נמצאים באנטי-פאזה. מכיוון שרוב העומסים הם אינדוקטיביים, על ידי חיבור קיבול, ניתן להשיג עלייה ב-cos φ.

הצרכנים העיקריים של אנרגיה תגובתית:

1. רוֹבּוֹטרִיקִים. הם פיתולים בעלי חיבור אינדוקטיבי וממיר זרמים ומתחים באמצעות שדות מגנטיים. מכשירים אלו הם המרכיב העיקרי של רשתות החשמל המעבירות חשמל. ההפסדים גדלים במיוחד במצב סרק ובעומס נמוך. רובוטריקים נמצאים בשימוש נרחב בייצור ובחיי היומיום;
2. תנורי אינדוקציה, שבהם מתכות מתכות על ידי יצירת זרמי מערבולת בהם;
3. מנועים אסינכרוניים. הצרכן הגדול ביותר של אנרגיה תגובתית. המומנט בהם נוצר באמצעות שדה מגנטי מתחלף של הסטטור;
4. ממירי חשמל, כגון מיישרי חשמל המשמשים להפעלת רשת הקשר של תחבורה רכבת, ואחרים.

בנקים של קבלים מחוברים בתחנות משנה חשמליות על מנת לשלוט במתח ברמות שנקבעו. העומס משתנה לאורך היום עם שיאי בוקר וערב, כמו גם לאורך השבוע, יורד בסוף השבוע, מה שמשנה את קריאות המתח. חיבור וניתוק קבלים משתנה ברמתו. זה נעשה ביד ובעזרת אוטומציה.

איך ואיפה נמדדת cos φ

כוח תגובתי נבדק על ידי שינוי cos φ מכשיר מיוחד- מד פאזה. קנה המידה שלו מדורג בערכים כמותיים cos φ מאפס לאחד במגזרים האינדוקטיביים והקיבוליים. לא ניתן יהיה לפצות באופן מלא על ההשפעה השלילית של השראות, אך ניתן להתקרב למחוון הרצוי - 0.95 באזור האינדוקטיבי.

מדי פאזות משמשים כאשר עובדים עם מתקנים שיכולים להשפיע על אופן הפעולה של רשת החשמל באמצעות ויסות cos φ.

1. מכיוון שהרכיב התגובתי נלקח בחשבון גם בחישובים פיננסיים עבור האנרגיה הנצרכת, מותקנים מפצים אוטומטיים על קבלים בייצור, שהקיבולת שלהם יכולה להשתנות. ברשתות, ככלל, נעשה שימוש בקבלים סטטיים;
2. בעת התאמת cos φ עבור גנרטורים סינכרוניים על ידי שינוי הזרם המרגש, יש צורך לנטר אותו חזותית במצבי פעולה ידניים;
3. מפצים סינכרוניים, שהם מנועים סינכרוניים הפועלים ללא עומס, במצב מעורר יתר, מספקים אנרגיה לרשת, המפצה על הרכיב האינדוקטיבי. כדי לווסת את זרם העירור, הקריאות של cos φ נצפות על מד הפאזה.

תיקון מקדם הספק הוא אחת ההשקעות היעילות ביותר להפחתת עלויות האנרגיה. במקביל, איכות האנרגיה המתקבלת משתפרת.

וִידֵאוֹ

בניגוד לרשתות DC, שבהן לכוח יש ביטוי ואינו משתנה עם הזמן, זה לא המקרה ברשתות AC.

הספק במעגל זרם חילופין הוא גם משתנה. בכל קטע של המעגל בכל זמן t, הוא מוגדר כמכפלה של הערכים המיידיים של מתח וזרם.

חשבו מה מייצג כוח אמיתי

במעגל עם התנגדות פעילה בלבד, זה שווה ל:

אם תסכים ואז זה ייצא:

בהתבסס על הביטויים לעיל, אנרגיה פעילה מורכבת משני חלקים - קבוע ומשתנה, המשתנה בתדר כפול. הערך הממוצע שלו

גרף P(ωt).

ההבדל בין כוח תגובתי לפעיל

במעגל שבו יש תגובתיות (לקחת דוגמה אינדוקטיבית), הערך של הספק מיידי הוא:

בהתאם ו כתוצאה מכך אנו מקבלים:

ביטוי זה מראה שהאנרגיה התגובתית מכילה רק חלק משתנה, המשתנה בתדר כפול, והערך הממוצע שלו הוא אפס

עלילה q(ωt)

אם הזרם והמתח הם סינוסואידים והרשת מכילה אלמנטים סוג R-Lאו R-C, אז ברשתות כאלה, בנוסף להמרת אנרגיה באלמנט הפעיל R, בנוסף, משתנה גם האנרגיה של השדות החשמליים והמגנטיים באלמנטים התגובתיים L ו-C.

במקרה זה, ההספק הכולל של הרשת יהיה שווה לסכום:

מהו הספק המלא בדוגמה של מעגל R-L פשוט

גרפים של שינויים מיידיים מעריך u,i:

גרפים של שינויים בערכים מיידיים u,i:

φ - מעבר פאזה בין זרם ומתח

המשוואה עבור S תהיה בצורה הבאה

החלף והחלף את ערכי המשרעת בערכים הנוכחיים:

ערך S נחשב כסכום של שתי כמויות , כאשר

וגם - כוחות פעילים ותגובתיים מיידיים בסעיפים ר-ל.

חלקות P, q, s:

כפי שאנו יכולים לראות מהגרף, נוכחות הרכיב האינדוקטיבי הביאה להופעת חלק שלילי בעוצמה מלאה (החלק המוצל של הגרף), מה שמפחית את ערכו הממוצע. זה נובע משינוי פאזה, בנקודת זמן מסוימת, הזרם והמתח נמצאים באנטי-פאזה, ולכן מופיע ערך שלילי של S.

ביטויים אחרונים לערכים יעילים:

הרכיב הפעיל של הרשת מתבטא בוואט (W), והרכיב התגובתי בוולט-אמפר תגובתי (var).

ההספק הכולל של הרשת S, נקבע על ידי הנתונים הנומינליים של המחולל. עבור מחולל, זה נקבע על ידי הביטוי:

לפעולה רגילה של הגנרטור, הזרם בפיתולים והמתח במסופים לא יעלה על הערכים הנומינליים של I n, U n. עבור גנרטור, הערכים של P ו-S זהים, עם זאת, בפועל, הוסכם לבטא S בוולט-אמפר (VA).

כמו כן, האנרגיה של הרשת יכולה להתבטא דרך כל רכיב בנפרד:

כאשר S, P, Q הם הפעילים, התגובה והעכבה של הרשת, בהתאמה. הם יוצרים משולש כוח:

משולש כוח עם עומס אינדוקטיבי דומיננטי

אם אתה זוכר את משפט פיתגורס, אז ממשולש ישר זווית אתה יכול לקבל את הביטוי הבא:

הרכיב התגובתי בדלתא הוא חיובי (Q L) כאשר הזרם מפגר את המתח ושלילי (Q C) כאשר הוא מוביל:

משולש כוח עם עומס קיבולי דומיננטי

עבור הרכיב התגובתי של הרשת, הביטוי האלגברי נכון:

מכאן נובע שאנרגיה אינדוקטיבית וקיבולית ניתנות להחלפה. כלומר, אם אתה רוצה להפחית את ההשפעה של החלק האינדוקטיבי של המעגל, אתה צריך להוסיף קיבול, ולהיפך. להלן דוגמה למעגל זה:

תכנית פיצויים תגובתיים

הדיאגרמה הווקטורית מציגה את ההשפעה של קבל על cosφ. כפי שאתה יכול לראות, כאשר הקבל מופעל, cosφ 2 > cosφ 1 ו-I l
דיאגרמת וקטור

הקשר בין האנרגיה הכוללת לתגובתית מתבטא על ידי:

cosφ הוא גורם ההספק. זה מראה איזה חלק מכלל האנרגיה היא אנרגיה פעילה. ככל שהוא קרוב יותר ל-1, כך נצרכת יותר אנרגיה שימושית מהרשת.

מסקנות לגבי שלושת המרכיבים של מעגל AC

בניגוד למעגלי DC, למעגלי AC יש שלושה סוגים של כוח - פעיל, תגובתי, לכאורה. אנרגיה פעילה, כמו במעגלי DC, מבצעת עבודה שימושית. תגובתי - לא עושה שום דבר שימושי, אלא רק מפחית את היעילות של הרשת, מחמם את החוטים, טוען את הגנרטור. סך הכל - הסכום של פעיל ותגובתי, הוא שווה להספק הרשת. ניתן לפצות את הרכיב האינדוקטיבי של האנרגיה התגובתית על ידי הרכיב הקיבולי. בפועל, בתעשייה, זה מיושם בצורה.

כוח תגובתי ואנרגיה, זרם תגובתי, פיצוי כוח תגובתי

כוח תגובתי ואנרגיה פוגעים בביצועי מערכת החשמל, כלומר, העמסת גנרטורים של תחנות כוח עם זרמים תגובתיים מגדילה את צריכת הדלק; הפסדים ברשתות האספקה ​​והמקלטים גדלים, ירידת המתח ברשתות עולה.

זרם תגובתי מעמיס בנוסף קווי מתח, מה שמוביל לגידול בחתכים של חוטים וכבלים ובהתאם לעלייה בעלויות ההון לרשתות חיצוניות ובאתר.

פיצוי כוח תגובתי, נכון להיום, מהווה גורם חשוב המאפשר לפתור את נושא החיסכון באנרגיה כמעט בכל מפעל.

על פי הערכות של מומחים מקומיים וזרים מובילים, חלקם של משאבי האנרגיה, ובפרט החשמל, הוא כ-30-40% מעלות הייצור. זהו טיעון מספיק חזק עבור מנהל לגשת ברצינות לניתוח וביקורת של צריכת אנרגיה ו פיתוח שיטות לפיצוי הספק תגובתי. פיצוי כוח תגובתי הוא המפתח לפתרון סוגיית החיסכון באנרגיה.

צרכני כוח תגובתי

צרכנים עיקריים של כוח תגובתי- , אשר צורכים 40% מכלל החשמל יחד עם משק הבית והצרכים הפרטיים; תנורים חשמליים 8%; ממירים 10%; שנאים של כל שלבי הטרנספורמציה 35%; קווי חשמל 7%.

במכונות חשמליות, שטף מגנטי משתנה קשור לפיתולים. כתוצאה מכך, emfs תגובתיים נגרמות בפיתולים כאשר זורם זרם חילופין. גורם להזזת פאזה (fi) בין מתח לזרם. שינוי פאזה זה בדרך כלל עולה ויורד בעומס קל. לדוגמה, אם הקוסינוס phi של מנועי AC בעומס מלא הוא 0.75-0.80, אז בעומס קל הוא יקטן ל-0.20-0.40.

לשנאים נטענים קלות יש גם נמוך (cos phi). לכן, אם נעשה שימוש בפיצוי הספק תגובתי, אזי הקוסינוס phi המתקבל של מערכת החשמל יהיה נמוך וזרם העומס החשמלי, ללא פיצוי הספק תגובתי, יגדל עם אותו הספק פעיל הנצרך מהרשת. בהתאם לכך, כאשר מפוצה הספק תגובתי (באמצעות יחידות קבלים אוטומטיות KRM), הזרם הנצרך מהרשת מופחת, בהתאם לקוסינוס phi ב-30-50%, בהתאמה, חימום החוטים המוליכים והזדקנות הבידוד הם מוּפחָת.

חוץ מזה, כוח תגובתי יחד עם כוח פעיל נלקח בחשבון על ידי ספק החשמל, ולכן יש לשלם בתעריפים הנוכחיים, ולכן מהווה חלק נכבד מחשבון החשמל.

מבנה צרכני חשמל תגובתיים ברשתות חשמל (בהתאם להספק פעיל מותקן):

ממירים נוספים: AC ל-DC, זרם תדר תעשייתי לזרם בתדר גבוה או נמוך, עומס תנור (תנורי אינדוקציה, תנורי פלדה בקשת), ריתוך (שנאי ריתוך, יחידות, מיישרים, ספוט, מגע).

סך ההפסדים האבסולוטיים והיחסיים של הספק תגובתי באלמנטים של רשת האספקה ​​הם גדולים מאוד ומגיעים ל-50% מההספק המסופק לרשת. כ-70 - 75% מכלל הפסדי ההספק התגובתי הם הפסדים בשנאים.

אז, בשנאי תלת-פתיל TDTN-40000/220 עם מקדם עומס של 0.8, הפסדי הספק תגובתיים הם כ-12%. לפחות שלוש טרנספורמציות מתח מתרחשות בדרך מתחנת הכוח, ולכן הפסדי ההספק התגובתיים בשנאים ובאוטו-שנאים מגיעים לערכים גדולים.

דרכים להפחית את צריכת הכוח התגובתי. פיצוי כוח תגובתי

הדרך היעילה והיעילה ביותר להפחית את ההספק התגובתי הנצרך מהרשת היא השימוש ביחידות פיצוי כוח תגובתי.(יחידות עיבוי).

השימוש ביחידות קבלים לפיצוי הספק תגובתי מאפשר:

• לפרוק קווי חשמל, שנאים ומיתגים;

• להפחית את חשבונות החשמל

• בעת שימוש בסוג מסוים של התקנה, להפחית את רמת ההרמוניות הגבוהות יותר;

• לדכא הפרעות רשת, להפחית חוסר איזון פאזה;

• להפוך את רשתות ההפצה לאמינות וחסכוניות יותר.
  

הספציפיות של רשת AC מובילה לעובדה שבזמן קבוע הסינוסואידים של המתח והזרם במקלט חופפים רק במקרה של מה שנקרא עומס פעיל, הממיר לחלוטין את הזרם לחום או לעבודה מכנית. בפועל מדובר בכל מיני תנורי חימום חשמליים, מנורות ליבון, במידה מסוימת מנועים חשמליים ואלקטרומגנטים בעומס וציוד להפקת קול. המצב שונה לחלוטין אם לעומס, שאינו יוצר עבודה מכנית, יש השראות גדולה עם התנגדות קטנה. זהו מקרה טיפוסי של מנוע סרק או שנאי.

חיבור צרכן כזה למקור זרם ישר יוביל, אבל שום דבר מיוחד לא יקרה לרשת כאן, אבל הזרם המיידי יפגר אחרי המתח המיידי בכרבע מהתקופה. במקרה של עומס קיבולי בלבד (אם מוכנס קבל לשקע), הזרם עליו, להיפך, יהיה לפני המתח באותו רבע של התקופה.

זרמים תגובתיים

בפועל, אי התאמה כזו בין זרם ומתח, מבלי לייצר עבודה מועילה על המקלט, יוצרת זרמים נוספים, או כפי שנהוג לכנותם, זרמים תגובתיים בחוטים, שבמקרים לא נוחים במיוחד עלולים להוביל לתוצאות הרסניות. עם ערך קטן יותר, תופעה זו עדיין דורשת הוצאת מתכת עודפת על חיווט עבה יותר, הגדלת הספק של גנרטורים ואספקה ​​שנאי חשמל. לכן, מוצדק כלכלית לבטל את הכוח התגובתי ברשת בכל הדרכים האפשריות. במקרה זה, יש לקחת בחשבון את הכוח התגובתי הכולל של הרשת כולה, למרות העובדה שלאלמנטים בודדים עשויים להיות ערכים משמעותיים של כוח תגובתי.

חשמל ריאקטיבי

מהצד הכמותי נאמדת השפעת החשמל התגובתי על פעולת הרשת קוסינוס של זווית ההפסד, השווה ליחס בין ההספק הפעיל לסך הכל. הספק לכאורה נחשב ככמות וקטורית, התלויה בשינוי הפאזה בין זרם ומתח בכל רכיבי הרשת. בניגוד להספק אקטיבי, שבדומה להספק מכני, נמדד בוואטים, ההספק הנראה נמדד בוולט-אמפר, שכן ערך זה קיים רק במעגל חשמלי. לפיכך, ככל שהקוסינוס של זווית ההפסד קרוב יותר לאחדות, כך נעשה שימוש מלא יותר בכוח שנוצר על ידי הגנרטור.

הדרכים העיקריות להפחתת הספק תגובתי הן פיצוי הדדי של מעברי פאזה שנוצרו על ידי מקלטים אינדוקטיביים וקיבוליים ושימוש במקלטים עם זווית אובדן קטנה.