Puterea reactivă este partea de energie electrică returnată de sarcină la sursă. Apariția unei situații este considerată dăunătoare.

Apariția puterii reactive

Să presupunem că circuitul conține o sursă de alimentare curent continuuși inductanța ideală. Pornirea circuitului generează un proces tranzitoriu. Tensiunea tinde să atingă valoarea nominală, creșterea este împiedicată în mod activ de propria legătură de flux a inductanței. Fiecare bobină de sârmă este îndoită într-o cale circulară. Câmpul magnetic generat va traversa segmentul adiacent. Dacă virajele sunt situate una după alta, natura interacțiunii va crește. Elementul considerat se numește propria legătură de flux.

Natura procesului este următoarea: EMF indus previne schimbările în câmp. Curentul încearcă să crească rapid, legătura de flux se retrage. În loc de un pas, vedem o margine netezită. Energia câmpului magnetic este cheltuită pentru a preveni procesul de creație. Cazul re putere activă. Faza diferă de cea utilă, dăunează. Ideal: direcția vectorului este perpendiculară pe componenta activă. Se înțelege că rezistența firului este zero (aliniere fantastică).

Când circuitul este oprit, procesul se va repeta în ordine inversă. Curentul tinde să scadă instantaneu la zero, energia este stocată în câmpul magnetic. Pierdeți inductanța, tranziția va avea loc brusc, legătura fluxului dă procesului o culoare diferită:

1. O scădere a curentului determină o scădere a intensității câmpului magnetic.
2. Efectul produs induce back-EMF al virajelor.
3. Ca urmare, după ce sursa de alimentare este oprită, curentul continuă să existe, slăbând treptat.

Grafice de tensiune, curent, putere

Puterea reactivă este o anumită verigă de inerție, care întârzie constant, interferează. Prima întrebare este: de ce avem nevoie atunci de inductanțe? Oh, au destule calități utile. Beneficiile fac să suportăm puterea reactivă. Un efect pozitiv comun este munca motoare electrice. Transferul de energie trece printr-un flux magnetic. Între spirele unei bobine, așa cum se arată mai sus. Un magnet permanent, o sufocare, tot ceea ce poate capta vectorul de inducție sunt supuse interacțiunii.

Cazurile nu pot fi numite în sens descriptiv atotcuprinzătoare. Uneori, un flux de ambreiaj este utilizat în forma prezentată ca exemplu. Principiul este folosit de balasturile lămpilor cu descărcare în gaz. Inductorul este echipat cu o multitudine de spire: o tăiere de tensiune nu provoacă o scădere lină a curentului, ci o creștere de amplitudine mare de polaritate opusă. Inductanța este mare: răspunsul este cu adevărat uimitor. Depășește 230 de volți inițiali cu un ordin de mărime. Suficient cât să apară o scânteie, becul s-a aprins.

Putere reactivă și condensatoare

Puterea reactivă este stocată în energia câmpului magnetic prin inductanțe. Ce zici de condensator? Acționează ca o sursă a componentei reactive. Să completăm revizuirea cu teoria adunării vectoriale. Cititorul mediu va înțelege. În fizica rețelelor electrice, procesele oscilatorii sunt adesea folosite. Toată lumea știe 220 de volți (acceptați acum 230) într-o priză de 50 Hz. O sinusoidă a cărei amplitudine este de 315 volți. Când se analizează circuite, este convenabil să se reprezinte un vector rotativ în sensul acelor de ceasornic.

Analiza retelei prin metoda grafica

Calculul este simplificat, reprezentarea inginerească a puterii reactive poate fi explicată. Unghiul de fază al curentului este considerat egal cu zero, este reprezentat la dreapta de-a lungul axei absciselor (vezi Fig.). Energia reactivă a inductorului este în fază cu tensiunea UL, cu 90 de grade înaintea curentului. Caz ideal. Practicanții trebuie să țină cont de rezistența înfășurării. Reactiv la inductanță va face parte din putere (vezi Fig.). Unghiul dintre proiecții este important. Valoarea se numește factor de putere. Ce înseamnă în practică? Înainte de a răspunde la întrebare, luați în considerare conceptul de triunghi de rezistență.

Triunghiul de rezistență și factorul de putere

Pentru a facilita analiza circuitelor electrice, fizicienii sugerează utilizarea unui triunghi de rezistență. Partea activă este depusă ca un curent - în dreapta axei x. Am convenit să direcționăm inductanța în sus, capacitatea în jos. Când se calculează impedanța circuitului, valorile sunt scăzute. Cazul combinat exclus. Sunt disponibile două opțiuni: reactanța pozitivă sau negativă.

Obținând rezistență capacitivă/inductivă, parametrii elementelor circuitului sunt înmulțiți cu un coeficient notat cu litera grecească „omega”. Frecvența circulară - produsul frecvenței rețelei cu dublul numărului de Pi (3.14). Să subliniem încă o remarcă despre găsirea rezistențelor reactive. Dacă inductanța este pur și simplu înmulțită cu coeficientul specificat, se ia reciproca produsului pentru capacități. Este clar din figură, unde sunt prezentate rapoartele indicate, care ajută la calcularea tensiunilor. După înmulțire, luăm suma algebrică a rezistențelor inductive, capacitive. Primele sunt considerate valori pozitive, cele din urmă negative.

Formule ale componentelor reactive

Două componente ale rezistenței - activă și imaginară - sunt proiecții ale vectorului de impedanță pe axele de abscisă și ordonate. Unghiurile sunt păstrate la transferul abstracțiilor către puteri. Cel activ este trasat de-a lungul abscisei, cel reactiv de-a lungul ordonatei. Capacitatele și inductanțele sunt cauza fundamentală a efectelor negative ale rețelei. S-a arătat mai sus: fără elemente reactive, devine imposibil să construiești dispozitive electrice.

Factorul de putere se numește de obicei cosinusul unghiului dintre vectorul de rezistență totală și axa orizontală. O valoare atât de importantă este atribuită parametrului, deoarece partea utilă a energiei sursei este o fracțiune din cheltuielile totale. Cota se calculează înmulțind puterea aparentă cu factorul. Dacă vectorii tensiune și curent sunt aceiași, cosinusul unghiului este egal cu unu. Puterea este pierdută de sarcină, scăpând cu căldură.

Crede ce se spune! Puterea medie a unei perioade atunci când este conectată la o sursă de reactanță pură este zero. Jumătate din timp, inductorul primește energie, al doilea dă. Înfășurarea motorului este indicată pe diagrame prin adăugarea unei surse EMF care descrie transferul de energie către arbore.

Interpretarea practică a factorului de putere

Mulți oameni observă o discrepanță în cazul luării în considerare practică a puterii reactive. Pentru a reduce coeficientul, se recomandă includerea condensatoarelor în paralel cu înfășurările motorului marime mare. Rezistența inductivă o echilibrează pe cea capacitivă, curentul coincide din nou cu tensiunea de fază. E greu de inteles de ce:

1. Să presupunem că înfășurarea primară a unui transformator este conectată la o sursă de tensiune alternativă.
2. În mod ideal, rezistența activă este zero. Puterea trebuie să fie reactivă. Dar acest lucru este rău: ei încearcă să facă unghiul dintre tensiune și curent zero!

Dar! Procesul oscilator este indiferent la funcționarea motoarelor și transformatoarelor. Teoria puterii reactive presupune că toată energia oscilează. Până la ultima picătură. În transformator, motorul din câmp există o „scurgere” activă de energie pentru a efectua lucru, inducerea curentului înfășurării secundare. Energia nu poate circula între sursă și consumator.

Lanțul real îngreunează procesul de coordonare a secțiunilor individuale. Pentru reasigurare, furnizorii cer ca condensatoarele sa fie instalate paralel cu infasurarea motorului astfel incat energia sa circule in segmentul local si sa nu iasa afara, incalzind firele de legatura. Este important să se evite supracompensarea. Dacă capacitatea condensatoarelor este prea mare, bateria va provoca o creștere a factorului de putere.

În ceea ce privește defazajul, acesta are loc pe înfășurarea secundară a transformatorului stației. Acesta nu este rolul. Motorul funcționează, o parte din energie nu este transformată în muncă utilă, se reflectă înapoi. Rezultatul este un factor de putere. Componenta participantă a inductanței este un defect tehnologic, structural. Partea care nu este utilă. Compensați prin adăugarea de blocuri de condensatoare.

Verificarea corectitudinii potrivirii se realizează pe faptul că nu există o schimbare de fază între tensiunea și curentul unui motor electric în funcțiune. Excesul de energie circulă între inductanța în exces a înfășurărilor instalate de unitatea condensatoare. Scopul evenimentului a fost atins - evitarea încălzirii conductoarelor rețelei care alimentează dispozitivul.

Ce se oferă sub pretextul economisirii energiei electrice

Rețeaua oferă să cumpere dispozitive de economisire a energiei. Compensatoare de putere reactiva. Este important să nu exagerați. Să presupunem că compensatorul ar fi potrivit să se uite lângă compresorul inclus al frigiderului, motorul colector al aspiratorului, pentru a încărca apartamentul cu măsuri atunci când becurile incandescente funcționează - o întreprindere dubioasă. Înainte de instalare, luați-vă de grijă pentru a afla defazajul dintre tensiune și curent, conform informațiilor, calculați corect volumul băncii de condensatoare. În caz contrar, încercările de a economisi bani în acest fel vor eșua, cu excepția cazului în care reușiți din greșeală să arătați cu degetul spre cer, să atingeți marcajul.

Al doilea aspect al compensării puterii reactive este contabilitatea. Este făcut pentru întreprinderile mari unde există motoare puternice care creează unghiuri mari de schimbare de fază. Se introduc contoare speciale pentru contabilizarea puterii reactive, plătite conform tarifului. Pentru a calcula coeficientul de plată, se utilizează o evaluare a pierderilor de căldură ale firelor, deteriorarea modului de funcționare rețea de cablu, alți factori.

Perspective pentru continuarea studiului energiei reactive ca fenomen

Puterea reactivă este un fenomen de reflexie a energiei. Lanțurile ideale de fenomene sunt lipsite de. Puterea reactivă se manifestă prin căldura degajată pe rezistența activă a liniilor de cablu, distorsionează forma de undă sinusoidală. Un subiect separat de conversație. Cu abateri de la normă, motoarele nu funcționează atât de bine, transformatoarele sunt o piedică.

„Manual” - informații despre diverse componente electronice : tranzistoare, microcipuri, transformatoare, condensatoare, LED-uri etc. Informațiile conțin tot ceea ce este necesar pentru selectarea componentelor și efectuarea calculelor de inginerie, parametrii, precum și fixarea carcasei, schemele de cablare tipice și recomandări pentru utilizarea elementelor radio.

Pe de o parte, lucrul curentului poate fi calculat cu ușurință, cunoscând puterea curentului, tensiunea și rezistența la sarcină. Formule dureros de familiare de la cursul de fizică școlară arată așa.

Orez. 1. Formule

Și nu există niciun cuvânt despre componenta reactivă.

Pe de altă parte, o serie de procese fizice își impun de fapt propriile caracteristici acestor calcule. Este vorba despre energia reactivă. Problemele cu înțelegerea proceselor reactive vin împreună cu facturile de energie electrică în întreprinderile mari, deoarece în rețelele casnice plătim doar pentru energia activă (mărimile consumului de energie reactivă sunt atât de mici încât sunt pur și simplu neglijate).

Definiții

Pentru a înțelege esența proceselor fizice, să începem cu definiții.

Electricitate activă este energia complet convertibilă furnizată circuitului de la sursa de alimentare. Transformarea poate avea loc în căldură sau într-un alt tip de energie, dar esența rămâne aceeași - energia primită nu se întoarce înapoi la sursă.

Un exemplu de lucru al energiei active: curentul, care trece prin elementul de rezistență, transformă o parte din energie în căldură. Această lucrare perfectă a curentului este activă.

Electricitate reactivă este energia returnată la sursa curentă. Adică curentul primit anterior și luat în calcul de contor, fără a face lucru, se returnează. Printre altele, curentul face un salt (pentru scurt timp, sarcina crește foarte mult).

Este greu de înțeles procesul fără exemple.

Cel mai evident este munca unui condensator. În sine, condensatorul nu transformă electricitatea în muncă utilă, se acumulează și o eliberează. Desigur, dacă o parte din energie este încă cheltuită pentru încălzirea elementului, atunci acesta poate fi considerat activ. Reactiv arată astfel:

1. Când capacitatea este alimentată cu tensiune alternativă, împreună cu o creștere a U, crește și sarcina condensatorului.

2. În momentul în care începe căderea de tensiune (perioada al doilea trimestru pe sinusoid), tensiunea la condensator este mai mare decât cea a sursei. Și astfel condensatorul începe să se descarce, dând energie înapoi circuitului de putere (curentul curge în sens opus).

3. În următoarele două trimestre, situația se repetă complet, doar tensiunea se schimbă în sens invers.

Datorită faptului că condensatorul în sine nu funcționează, tensiunea primită atinge valoarea maximă a amplitudinii (adică √2 \u003d de 1,414 ori mai mult decât curentul 220V sau 220 1.414 \u003d 311V).

Când se lucrează cu elemente inductive (bobine, transformatoare, motoare electrice etc.), situația este similară. Graficul indicatorilor poate fi văzut în imaginea de mai jos.

Orez. 2. Grafice ale indicatorilor

Având în vedere faptul că modern Aparate constau din multe elemente diferite cu și fără un efect de putere „reactiv”, atunci curentul reactiv, care curge în direcția opusă, face destul de slujbă adevăratăîncălzirea elementelor active. Astfel, puterea reactivă a circuitului este exprimată în esență în pierderi colaterale și supratensiuni de putere.

Este foarte dificil să separați un indicator de putere de altul în calcule. Și sistemul de contabilitate de înaltă calitate și eficient este scump, ceea ce, de fapt, a dus la refuzul de a măsura volumul de consum al curenților reactivi în viața de zi cu zi.

În marile instalații comerciale, dimpotrivă, volumul consumului de energie reactivă este mult mai mare (datorită abundenței echipamentelor de putere alimentate cu motoare electrice puternice, transformatoare și alte elemente care generează curent reactiv), astfel încât se introduce o contabilitate separată pentru acestea.

Cum se calculează electricitatea activă și reactivă?

Majoritatea producătorilor de contoare de energie electrică pentru întreprinderi implementează un algoritm simplu.

Q \u003d (S 2 - P 2) 1/2

Aici, puterea activă P este scăzută din puterea totală S (într-o formă simplificată).

Astfel, nu este necesar ca producătorul să organizeze o contabilitate complet separată.

Ce este cosϕ (cosinus phi)

Pentru o exprimare numerică a raportului dintre puterea activă și cea reactivă, se folosește un coeficient special - cosinus phi.

Se calculează după formula.

cosϕ = P act / P total

Unde puterea aparentă este suma puterii active și reactive.

Același coeficient este indicat pe plăcuțele de identificare a sculelor electrice echipate cu motoare. În acest caz, cosϕ este utilizat pentru a estima cererea de putere de vârf. De exemplu, puterea nominală a dispozitivului este de 600 W și cosϕ = 0,7 (media pentru marea majoritate a sculelor electrice), atunci puterea de vârf necesară pentru a porni motorul electric va fi considerată ca Pnom / cosϕ, = 600 W. / 0,7 = 857 VA (puterea reactivă este exprimată în volți-amperi).

Aplicarea compensatoarelor de putere reactiva

Pentru a încuraja consumatorii să opereze rețeaua electrică fără sarcină reactivă, furnizorii de energie electrică introduc un tarif suplimentar plătit pentru puterea reactivă, dar percep doar dacă consumul mediu lunar depășește un anumit coeficient, de exemplu, dacă raportul dintre puterea completă și cea activă. este mai mare de 0,9, factura de putere reactivă nu este afișată.

Pentru a reduce costurile, întreprinderile instalează echipamente speciale - compensatoare. Ele pot fi de două tipuri (în conformitate cu principiul de funcționare):

• capacitiv;
• Inductiv.

Singurul lucru pe care sunt de acord cu autorul este că există o mulțime de legende în jurul conceptului de „energie reactivă”... Ca răzbunare, se pare că autorul și-a propus și propria lui... Confuz... contradictoriu... o belșug de tot felul: „" vine energia, energia pleacă..." Rezultatul s-a dovedit a fi șocant, adevărul este dat peste cap: „Concluzie - curentul reactiv face ca firele să se încălzească, fără a face nimic. lucrare utila" Domnule, draga! incalzirea este deja treaba!!! Parerea mea, aici persoanele cu studii tehnice fara diagrama vectoriala a unui generator sincron sub sarcina nu pot lipi corect descrierea procesului, dar pot oferi celor interesati într-o opțiune simplă, fără niciun tam-tam.

Deci despre energia reactivă. 99% din energia electrică de 220 volți sau mai mult este generată de generatoare sincrone. Folosim diferite aparate electrice în viața de zi cu zi și în muncă, majoritatea „încălzesc aerul”, emit căldură într-un grad sau altul... Simțiți televizorul, monitorul computerului, nu vorbesc de aragazul electric de bucătărie, peste tot te simti cald. Aceștia sunt toți consumatori de putere activă în rețeaua electrică a unui generator sincron. Puterea activă a generatorului este pierderea irecuperabilă a energiei generate pentru căldură în fire și dispozitive. Pentru un generator sincron, transferul de energie activă este însoțit de rezistență mecanică pe arborele de antrenare. Dacă tu, dragă cititor, ai roti manual generatorul, ai simți imediat o rezistență sporită la eforturile tale și asta ar însemna un lucru, cineva a inclus un număr suplimentar de încălzitoare în rețeaua ta, adică sarcina activă a crescut. Dacă aveți un motor diesel ca motor generator, asigurați-vă că consumul de combustibil crește la viteza fulgerului, deoarece sarcina rezistivă este cea care vă consumă combustibilul. Cu energia reactivă, este diferit... Vă spun, este incredibil, dar unii consumatori de energie electrică sunt ei înșiși surse de energie electrică, chiar dacă pentru un moment foarte scurt, dar sunt. Și având în vedere asta curent alternativ frecvența industrială își schimbă direcția de 50 de ori pe secundă, apoi astfel de consumatori (reactivi) își transferă energia în rețea de 50 de ori pe secundă. Știi cum în viață, dacă cineva adaugă ceva la original fără consecințe, nu rămâne. Deci aici, cu condiția să existe o mulțime de consumatori reactivi, sau să fie suficient de puternici, atunci generatorul sincron este neexcitat. Revenind la analogia noastră anterioară în care ți-ai folosit puterea musculară ca motor, vei observa că, în ciuda faptului că nu ai schimbat ritmul prin rotirea generatorului și nici nu ai simțit un val de rezistență pe arbore, luminile din rețeaua sa oprit brusc. Este un paradox, risipim combustibil, rotim generatorul la frecvența nominală, dar nu există tensiune în rețea... Stimate cititor, opriți consumatorii reactivi dintr-o astfel de rețea și totul va fi restabilit. Fără a intra în teorie, dezexcitarea are loc atunci când câmpurile magnetice din interiorul generatorului, câmpul sistemului de excitație care se rotește cu arborele și câmpul înfășurării staționare conectate la rețea se rotesc unul față de celălalt, slăbind astfel unul pe celălalt. Producerea de energie electrică cu scăderea câmpului magnetic din interiorul generatorului scade. Tehnologia a mers mult înainte, iar generatoarele moderne sunt echipate cu regulatoare automate de excitație, iar atunci când consumatorii reactivi „defectează” tensiunea din rețea, regulatorul va crește imediat curentul de excitație al generatorului, fluxul magnetic va fi restabilit la normal. iar tensiunea din rețea va fi restabilită.Este clar că curentul de excitație are și componenta activă, așa că dacă vă rog, adăugați combustibil în motorină .. În orice caz, sarcina reactivă afectează negativ funcționarea electrică rețea, mai ales la momentul conectării unui consumator reactiv la rețea, de exemplu, un motor electric asincron... Cu o putere semnificativă a acestuia din urmă, totul se poate termina prost, accident. În concluzie, pot adăuga pentru un adversar curios și avansat că există și consumatori reactivi cu proprietăți utile. Aceștia sunt toți cei care au capacitate electrică... Porniți astfel de dispozitive în rețea și compania electrică vă datorează deja)). În forma sa cea mai pură, aceștia sunt condensatori. De asemenea, emit energie electrică de 50 de ori pe secundă, dar, în același timp, fluxul magnetic al generatorului, dimpotrivă, crește, astfel încât regulatorul poate chiar să scadă curentul de excitație, economisind costuri. De ce nu am făcut o rezervare despre asta mai devreme... dar de ce... Dragă cititor, du-te prin casă și caută un consumator reactiv capacitiv... nu-l vei găsi... Dacă nu strici un televizor sau o mașină de spălat. ..dar beneficiile acestui lucru nu vor fi clare ....<

și este suma a două mărimi, dintre care una este constantă în timp, iar cealaltă pulsează cu o frecvență dublă.

Rău p(t) pentru perioada T se numește putere activă și este complet determinată de primul termen al ecuației (5.1):

Putere activă caracterizează energia consumată ireversibil de sursă pe unitatea de timp pentru producerea de muncă utilă de către consumator. Energia activă consumată de consumatorii electrici este transformată în alte tipuri de energie: energie mecanică, termică, aer comprimat și gaz etc.

Valoarea medie a celui de-al doilea termen al puterii instantanee (1.1) (pulsează cu o frecvență dublă) în timp T este zero, adică crearea lui nu necesită costuri materiale și, prin urmare, nu poate efectua lucrări utile. Cu toate acestea, prezența acestuia indică faptul că între sursă și receptor are loc un proces reversibil de schimb de energie. Acest lucru este posibil dacă există elemente capabile să acumuleze și să elibereze energie electromagnetică - capacitate și inductanță. Această componentă caracterizează puterea reactivă.

toata puterea pe bornele receptorului într-o formă complexă poate fi reprezentată după cum urmează:

.

(5.2)

Unitatea de putere aparentă S = UI - VA.

Putere reactivă- o valoare care caracterizeaza sarcinile create in aparatele electrice prin fluctuatii (schimb) de energie intre sursa si receptor. Pentru un curent sinusoidal, acesta este egal cu produsul valorilor efective ale curentului eu si stres U prin sinusul unghiului de defazare dintre ele: Q = UI sinφ. Unitate de măsură - VAR.

Puterea reactivă nu este legată de munca utilă a PE și este cheltuită doar pentru crearea de câmpuri electromagnetice variabile în motoare electrice, transformatoare, dispozitive, linii etc.

Pentru puterea reactivă sunt acceptate concepte precum generare, consum, transmisie, pierderi, echilibru. Se crede că, dacă curentul este în fază cu tensiunea (natura inductivă a sarcinii), atunci puterea reactivă este consumată și are un semn pozitiv, iar dacă curentul conduce tensiunea (natura capacitivă a sarcinii), atunci puterea reactivă. este generată și are o valoare negativă.

Principalii consumatori de putere reactivă în întreprinderile industriale sunt motoarele asincrone (60-65% din consumul total), transformatoarele (20-25%), convertoarele cu supape, reactoarele, rețelele electrice aeriene și alte receptoare (10%).

Transferul puterii reactive încarcă rețelele electrice și echipamentele instalate în acestea, reducând debitul acestora. Puterea reactivă este generată de generatoarele sincrone ale centralelor electrice, compensatoare sincrone, motoare sincrone (controlul curentului de excitație), bănci de condensatoare (BC) și linii electrice.

Puterea reactivă generată de capacitatea rețelei este de următorul ordin de mărime: o linie aeriene de 20 kV generează 1 kvar la 1 km de linie trifazată; cablu subteran 20 kV - 20 kvar/km; linie aeriana 220 kV - 150 kvar/km; cablu subteran 220 kV - 3 MVAr/km.

Factorul de putere și factorul de putere reactivă.

Reprezentarea vectorială a mărimilor care caracterizează starea rețelei conduce la reprezentarea puterii reactive Q vector perpendicular pe vectorul de putere activă R(Fig. 5.2). Suma vectorială a acestora dă puterea totală S.

Orez. 5.1. Triunghiul puterii

Conform fig. 5.1 și (5.2) rezultă că S 2 \u003d P 2 + Q 2; tgφ = Q/P; cosφ = P/S.

Principalul indicator standard care caracterizează puterea reactivă a fost anterior factorul de putere cosφ. La intrările care furnizează o întreprindere industrială, valoarea medie ponderată a acestui coeficient ar fi trebuit să fie în intervalul 0,92-0,95. Cu toate acestea, alegerea raportului P/S ca unul normativ, nu oferă o idee clară a dinamicii schimbărilor în valoarea reală a puterii reactive. De exemplu, când factorul de putere se modifică de la 0,95 la 0,94, puterea reactivă se modifică cu 10%, iar când același factor se schimbă de la 0,99 la 0,98, creșterea puterii reactive este deja de 42%. În calcule, este mai convenabil să se opereze cu relația tgφ = Q/P, care se numește factor de putere reactivă.

Întreprinderile cu o capacitate conectată mai mare de 150 kW (cu excepția consumatorilor „casnici”) sunt determinate limitele factorului de putere reactivă consumate în timpul orelor de sarcini zilnice mari ale rețelei electrice - de la 7 la 23 de ore (Ordinul Ministerului Industriei și Energiei al Federației Ruse din 22 februarie 2007 nr. 49 „Cu privire la procedura de calcul a valorilor ​a raportului dintre consumul de energie activă și reactivă pentru dispozitivele individuale de recepție a energiei electrice ale consumatorilor de energie electrică utilizat pentru determinarea obligațiilor părților în contractele de prestare a serviciilor de transport de energie electrică".

Limitele factorului de putere reactivă (tgφ) sunt normalizate in functie de pozitia punctului (tensiunii) de conectare a consumatorului la retea. Pentru o tensiune de rețea de 100 kV tgφ = 0,5; pentru rețele de 35, 20, 6 kV - tgφ = 0,4 și pentru o rețea de 0,4 kV - tgφ = 0,35.

Introducerea noilor documente directive privind compensarea puterii reactive a avut ca scop îmbunătățirea eficienței întregului sistem de alimentare cu energie electrică, de la generatoarele de sistem până la receptoarele de putere.

Odată cu introducerea factorului de putere reactivă, a devenit posibilă reprezentarea pierderilor de putere activă în termeni de putere activă sau reactivă: R= (P 2 /U 2) R(l + tan 2 φ).

Unghiul dintre vectorii de putere RȘi S corespunde unghiului φ dintre vectorii componentei curentului activ eu a și curent complet eu, care, la rândul său, este suma vectorială a curentului activ eu a, care este în fază cu tensiunea și curentul reactiv eu p la un unghi de 90° față de acesta. Această aranjare a curenților este o tehnică de proiectare asociată cu descompunerea în putere activă și reactivă, care poate fi considerată naturală.

Majoritatea consumatorilor au nevoie de putere reactivă deoarece aceștia funcționează prin modificarea câmpului magnetic. Pentru cele mai comune motoare în funcționare normală, pot fi date următoarele valori aproximative ale tgφ.

În momentul pornirii motoarelor este necesară o cantitate semnificativă de putere reactivă, în timp ce tgφ = 4-5 (cosφ = 0,2-0,24).

Mașinile sincrone au capacitatea de a consuma sau de a furniza putere reactivă în funcție de gradul de excitație.

La generatoarele și motoarele sincrone, dimensiunile circuitelor de excitație limitează posibilitatea de a furniza putere reactivă la valorile maxime tgφ = 0,75 (cosφ = 0,8) sau până la tgφ = 0,5 (cosφ = 0,9) (Tabelul 5.1).

Motoarele sincrone fabricate de industria autohtonă sunt proiectate pentru un factor de putere principal (cosφ = 0,9) și la o sarcină activă nominală P nom și tensiune U nominal poate genera putere reactivă nominală Q nom ≈ 0,5 P nom.

Când SM este subîncărcat din punct de vedere al puterii active β = P/P nom< 1 возможна перегрузка по реактивной мощности α = Q/Q nom > 1.

Avantajul SM utilizat pentru compensarea puterii reactive în comparație cu CB este posibilitatea de reglare lină a puterii reactive generate. Dezavantajul este că pierderile active pentru generarea de putere reactivă pentru SM sunt mai mari decât pentru CB.

Pierderi active suplimentare în înfășurarea SM cauzate de puterea reactivă generată în intervalul cosφ de la 1 la 0,9 la puterea activă nominală SM egală cu P nom, kW:

R nom = Q 2 număr R /U 2 nom,

Unde Q puterea reactivă nominală a SM, kV Ar; R- rezistenta unei faze a infasurarii LED in stare incalzita, Ohm; U nominal - tensiunea nominală a rețelei, kV.

În sistemele de alimentare cu energie electrică ale întreprinderilor industriale, CB-urile compensează puterea reactivă a părții de bază (principale) a curbelor de sarcină, iar SD reduc vârfurile de sarcină ale diagramei.

Tabelul 5.1

Dependența factorului de suprasarcină de puterea reactivă a motoarelor sincrone al

Compensatoare sincrone.

O varietate de SD sunt compensatoare sincrone (SC), care sunt SD fără sarcină pe arbore. În prezent, se produce SC cu o capacitate de peste 5000 kV?Ar. Sunt de utilizare limitată în rețelele întreprinderilor industriale. Pentru a îmbunătăți indicatorii de calitate a tensiunii pentru circuitele electrice puternice cu o sarcină de șoc puternic variabilă (cuptoare cu arc, laminoare etc.), sunt utilizate SC-uri.

Dispozitive de compensare a tiristoarelor statice.

În rețelele cu o sarcină de șoc puternic variabilă la o tensiune de 6-10 kV, se recomandă utilizarea nu a băncilor de condensatoare, ci a surselor speciale de putere reactivă de mare viteză (RRP), care ar trebui instalate în apropierea unui astfel de EP. Schema IRM este prezentată în fig. 5.2. Folosește inductanțe ca inductanță reglabilă LRși containere nereglementate DIN 1-DIN 3.

Orez. 5.2. Surse de putere reactivă rapidă

Reglarea inductanței este efectuată de grupuri de tiristoare VS ai căror electrozi de comandă sunt conectaţi la circuitul de comandă. Avantajele RPM statice sunt absența pieselor rotative, relativă netezime a reglării puterii reactive furnizate rețelei, posibilitatea unei suprasarcini de trei sau patru ori a puterii reactive. Dezavantajele includ apariția armonicilor superioare, care pot apărea cu o reglare profundă a puterii reactive.

Datorită pierderilor suplimentare de putere în rețea cauzate de consumul de putere reactivă, consumul total de energie electrică crește. Prin urmare, reducerea fluxurilor de putere reactivă este una dintre sarcinile principale în exploatarea rețelelor electrice.

Puterea activă și reactivă sunt consumatori de energie electrică pentru aceasta și consumatori pentru a consuma această energie. Consumatorul este interesat de energia, al cărei consum este benefic pentru el, această energie poate fi numită utilă, dar în inginerie electrică este numită în mod obișnuit activă. Aceasta este energia care este folosită pentru a încălzi încăperi, a găti alimente, a produce frig și este transformată în energie mecanică (funcționarea burghiilor electrice, a ciocanelor rotopompe, a pompelor electrice etc.).

Pe lângă electricitatea activă, există și electricitate reactivă. Aceasta este acea parte din energia totală care nu este cheltuită pentru muncă utilă. După cum reiese din cele de mai sus, puterea aparentă este puterea activă și puterea reactivă în ansamblu.

În ceea ce privește puterea activă și reactivă, interesele conflictuale ale consumatorilor de energie electrică și ale furnizorilor acesteia se ciocnesc. Este benefic ca consumatorul sa plateasca doar pentru energia electrica utila consumata de el, este benefic ca furnizorul sa primeasca plata pentru cantitatea de energie electrica activa si reactiva. Pot fi reconciliate aceste cerințe aparent contradictorii? Da, dacă reduceți cantitatea de electricitate reactivă la zero. Luați în considerare dacă acest lucru este posibil și cât de aproape de ideal poate fi.

Putere activă și reactivă

Putere activă

Există consumatori de energie electrică la care puterea totală și cea activă sunt aceleași. Aceștia sunt consumatori a căror sarcină este reprezentată de rezistențe active (rezistențe). Printre aparate electrocasnice exemple de astfel de sarcini sunt lămpile cu incandescență, sobele electrice, cuptoare și cuptoare, încălzitoare, fiare de călcat, fiare de lipit etc.

Specificat pentru aceste dispozitive în pașaport, este în același timp putere activă și reactivă. Acesta este cazul când puterea de sarcină poate fi determinată prin formula cunoscută de la cursul de fizică a școlii prin înmulțirea curentului de sarcină cu tensiunea rețelei. Curentul se măsoară în amperi (A), tensiunea în volți (V), puterea în wați (W). Arzătorul unei sobe electrice într-o rețea cu o tensiune de 220 V la un curent de 4,5 A consumă putere 4,5 x 220 \u003d 990 (W).

Putere reactivă

Uneori, mergând pe stradă, puteți vedea că ferestrele balcoanelor sunt acoperite din interior cu o peliculă subțire strălucitoare. Această peliculă a fost îndepărtată de pe condensatoarele electrice defecte instalate în anumite scopuri la stațiile de distribuție care furnizează consumatori puternici de energie electrică. Un condensator este un consumator tipic de putere reactivă. Spre deosebire de consumatorii de energie activă, unde elementul structural principal este un anumit material conductiv (un conductor de wolfram în lămpile cu incandescență, o spirală de nicrom într-o sobă electrică etc.). Într-un condensator, elementul principal este neconductiv. electricitate(film subțire de plastic sau hârtie impregnată cu ulei).

Putere capacitivă reactivă

Frumoasele filme strălucitoare pe care le-ați văzut pe balcon sunt plăci de condensatoare din material subțire conductiv. Condensatorul este remarcabil prin faptul că poate acumula energie electrică și apoi o poate oferi - un fel de astfel de baterie. Dacă porniți condensatorul într-o rețea de curent continuu, acesta va fi încărcat cu un impuls scurt de curent și apoi nu va curge curent prin el. Readuceți condensatorul la starea initiala Este posibil prin deconectarea acestuia de la sursa de tensiune și conectarea unei sarcini la plăcile sale. De ceva timp, un curent electric va curge prin sarcină, iar un condensator ideal oferă încărcăturii exact la fel de multă energie electrică pe care a primit-o la încărcare. Un bec conectat la bornele condensatorului poate clipi pentru o perioadă scurtă de timp, rezistorul electric se va încălzi, iar o persoană neglijentă poate fi „agitată” sau chiar ucisă dacă există suficientă tensiune la bornele și cantitatea de electricitate stocată. .

O imagine interesantă se obține atunci când condensatorul este conectat la o sursă de tensiune electrică alternativă. Deoarece polaritatea și valoarea instantanee a tensiunii se modifică constant la sursa de tensiune alternativă (în rețeaua electrică de acasă, conform unei legi apropiate de sinusoidală). Condensatorul se va încărca și descărca continuu, iar curentul alternativ va curge continuu prin el. Dar acest curent nu va fi în fază cu tensiunea sursei de tensiune AC, ci o va conduce cu 90 °, adică. pentru un sfert de perioadă.

Acest lucru va duce la faptul că, în total, condensatorul consumă energie din rețea pentru jumătate din perioada tensiunii alternative și emite jumătate din perioadă, în timp ce puterea electrică activă totală consumată este zero. Dar, deoarece un curent semnificativ trece prin condensator, care poate fi măsurat cu un ampermetru, se obișnuiește să spunem că condensatorul este un consumator de putere electrică reactivă.

Puterea reactivă este calculată ca produsul dintre curent și tensiune, dar unitatea de măsură nu mai este wați, ci volt-amper reactiv (VAr). Deci, un curent de aproximativ 0,3 A trece printr-un condensator electric de 220 V 50 Hz conectat la o rețea de 50 Hz. Aceasta înseamnă că condensatorul consumă 0,3 x 220 = 66 (VAr) putere reactivă - comparabilă cu puterea unei lămpi cu incandescență medie , dar condensatorul, spre deosebire de lampă, nu luminează și nu se încălzește.

Putere inductivă reactivă

Dacă curentul conduce tensiunea într-un condensator, există consumatori în care curentul este în decalaj față de tensiune? Da, și astfel de consumatori, spre deosebire de consumatorii capacitivi, sunt numiți inductivi, rămânând în același timp consumatori de energie reactivă. O sarcină electrică inductivă tipică este o bobină cu un anumit număr de spire de sârmă foarte conductivă înfășurată în jurul unui miez închis dintr-un material magnetic special.

În practică, o bună aproximare a unei sarcini pur inductive este un transformator fără sarcină (sau un regulator de tensiune cu un autotransformator). Un transformator fără sarcină bine proiectat consumă foarte puțină putere activă, consumând în mare parte putere reactivă.

Consumatori reali de energie electrică și putere electrică totală

Din luarea în considerare a caracteristicilor sarcinilor capacitive și inductive, interes Întreabă– ce se întâmplă dacă o sarcină capacitivă și inductivă este conectată simultan și în paralel. Din cauza răspunsului lor opus la tensiunea aplicată, cele două răspunsuri vor începe să se anuleze reciproc. Sarcina totală va fi doar capacitivă sau inductivă și, într-un caz ideal, va fi posibilă obținerea unei compensații complete. Va părea paradoxal - ampermetrele conectate vor înregistra curenți semnificativi (și egali!) prin condensator și inductor și absența completă a curentului în circuitul comun care le unește. Imaginea descrisă este oarecum încălcată doar de faptul că nu există condensatori și inductori ideali, dar o astfel de idealizare ajută la înțelegerea esenței proceselor în curs.

Să revenim la adevărații consumatori de energie electrică. În viața de zi cu zi, folosim în principal consumatori de putere pur activă (exemplele sunt date mai sus) și mixte activ-inductiv. Acestea sunt burghie electrice, ciocane rotative, motoare electrice ale frigiderelor, mașini de spălat si altul aparate electrocasnice. Acestea includ, de asemenea, transformatoare electrice pentru sursele de energie ale echipamentelor radio-electronice de uz casnic și stabilizatoare de tensiune. În cazul unei astfel de sarcini mixte, pe lângă puterea activă (utilă), sarcina consumă și putere reactivă, ca urmare, puterii totale i se refuză mai multă putere activă. Puterea aparentă este măsurată în Volți-Amperi (VA) și este întotdeauna produsul dintre curentul de sarcină și tensiunea de sarcină.

Misteriosul „cosinus phi”

Raportul dintre puterea activă și puterea totală se numește „cosinus phi” în inginerie electrică. Notat cos φ. Acest raport se mai numește și factor de putere. Este ușor de observat că pentru cazul unei sarcini pur active, unde puterea totală coincide cu cea activă, cos φ = 1. Pentru cazurile sarcinilor pur capacitive sau inductive, în care puterea activă este egală cu zero, cos φ = 0.

În cazul unei sarcini mixte, valoarea factorului de putere este în intervalul de la 0 la 1. Pentru aparatele de uz casnic, aceasta este de obicei în intervalul 0,5-0,9. În medie, poate fi considerat egal cu 0,7, o valoare mai precisă este indicată în pașaportul aparatului electric.

Pentru ce plătim?

Și, în sfârșit, cea mai interesantă întrebare este pentru ce tip de energie plătește consumatorul. Pe baza faptului că componenta reactivă a energiei totale nu aduce niciun beneficiu consumatorului, în timp ce energia reactivă este consumată pentru o fracțiune din perioadă, iar o fracțiune este dată, nu este nevoie să plătiți pentru puterea reactivă. Dar diavolul, după cum știți, stă în detalii. Întrucât sarcina mixtă crește curentul în rețea, apar probleme la centralele electrice în care electricitatea este generată de generatoare sincrone și anume: sarcina inductivă „dezexcita” generatorul, iar aducerea lui la starea anterioară costă puterea activă deja reală. pentru „reexcitarea” ei.

Astfel, este destul de corect să forțezi consumatorul să plătească pentru puterea inductivă reactivă consumată. Acest lucru încurajează consumatorul să compenseze componenta reactivă a sarcinii sale și, deoarece această componentă este în principal inductivă, compensarea constă în conectarea condensatoarelor cu o capacitate precalculată.

Consumatorul găsește o oportunitate de a plăti mai puțin

Dacă consumatorul plătește separat puterea activă și reactivă consumată. Este gata să suporte costuri suplimentare și să instaleze la întreprinderea sa bănci de condensatoare, pornite strict conform programului, în funcție de statistica medie a consumului de energie electrică pe ore din zi.

Există și posibilitatea instalării la întreprindere a unor dispozitive speciale (compensatoare de putere reactivă) care conectează automat condensatoare, în funcție de mărimea și natura puterii consumate în acest moment putere. Aceste compensatoare vă permit să creșteți valoarea factorului de putere de la 0,6 la 0,97, adică. aproape la unitate.

De asemenea, este acceptat că dacă raportul dintre energia reactivă consumată și totalul nu depășește 0,15, atunci consumatorul corporativ este scutit de plata pentru energia reactivă.

În ceea ce privește consumatorii individuali, din cauza puterii relativ reduse pe care o consumă, nu se obișnuiește să se împartă facturile pentru plata energiei electrice consumate în cele active și reactive. Energia electrică de uz casnic ia în considerare doar puterea activă a sarcinii electrice, iar pentru aceasta se emite o factură. Acestea. în prezent nici măcar nu există fezabilitate tehnică emite o factură către un consumator individual pentru puterea reactivă consumată.

Consumatorul nu are stimulente speciale pentru a compensa componenta inductivă a sarcinii, iar acest lucru este dificil de implementat din punct de vedere tehnic. Condensatoarele conectate permanent vor încărca inutil cablurile de alimentare atunci când o sarcină inductivă este deconectată. În spatele contorului electric (și în fața contorului, dar consumatorul nu plătește pentru asta), ceea ce va provoca un consum de energie activă cu o creștere corespunzătoare a facturii de plată, iar compensatoarele automate sunt scumpe și este puțin probabil să justifice costul a achiziției lor.

Un alt lucru este că producătorul instalează uneori condensatori de compensare la intrarea consumatorilor cu o componentă de sarcină inductivă. Acești condensatori, dacă sunt selectați corespunzător, vor reduce oarecum pierderea de energie în firele de alimentare, în timp ce vor crește ușor tensiunea pe aparatul electric conectat prin reducerea căderii de tensiune pe firele de alimentare.

Dar, cel mai important, compensarea energiei reactive pentru fiecare consumator, de la un apartament la o întreprindere uriașă, va reduce curenții în toate liniile electrice, de la o centrală electrică la un scut de apartament. Datorită componentei reactive a curentului complet, care va reduce pierderile de energie în linii și va crește eficiența sistemelor electrice.