Vad är reaktiv kraft och hur man hanterar den

Fysik i processen och övningen av att använda reaktiva effektkompensationsenheter

För att förstå begreppet reaktiv kraft minns vi först vad som är elektrisk kraft. Elkraft Är en fysisk mängd som kännetecknar hastigheten för produktion, överföring eller förbrukning av elektrisk energi per tidsenhet.

Ju större effekt, desto mer arbete kan den elektriska installationen göra per tidsenhet. Uppmätt effekt i watt (produkt Volt x Ampere). Omedelbar kraft är produkten av de momentana värdena på spänning och strömstyrka på någon del av den elektriska kretsen.

Processfysik

I likströmskretsar sammanfaller värdena på momentan och medeleffekt under en viss tidsperiod, men begreppet reaktiv effekt är frånvarande. I växelströmkretsar händer detta bara om lasten är rent aktiv. Detta är till exempel en elektrisk värmare eller en glödlampa. Med en sådan belastning i växelströmkretsen sammanfaller spänningsfasen och strömfasen och all kraft överförs till lasten.

Om lasten är induktiv (transformatorer, elektriska motorer), så strömmen släpper efter spänningens fas, om lasten är kapacitiv (olika elektroniska apparater) är fasströmmen före spänningen. Eftersom strömmen och spänningen inte sammanfaller i fas (reaktiv belastning) överförs endast en del av kraften (full effekt) till lasten (konsument), som kan överföras till lasten om fasskiftet var noll (aktiv belastning).

Aktiv och reaktiv kraft

Den del av den totala effekten som överfördes till lasten under växelströmperioden kallas aktiv kraft. Det är lika med produkten strömvärden för spänning och ström på kosinus i fasvinkeln mellan dem (cos φ).

Kraften som inte överfördes till lasten utan ledde till förluster i uppvärmning och strålning kallas reaktiv kraft. Det är lika med produkten av strömvärdena för ström och spänning med sinus för fasvinkeln mellan dem (sin φ).

På detta sätt reaktiv effekt är ett värde som kännetecknar lasten. Det mäts i volt reaktiva ampere (var, var). I praktiken uppfattas begreppet kosinus phi oftare som en mängd som kännetecknar kvaliteten på en elektrisk installation i form av energibesparing.

Faktum är att ju högre cos the, desto mer energi från källan kommer in i belastningen. Så du kan använda en mindre kraftfull källa och mindre energi slösas bort.

Hushållskonsumenters reaktivitet

Så AC-konsumenter har en sådan parameter som effektfaktorn cosφ.

På diagrammet förskjuts strömmen 90 ° (för tydlighet), det vill säga en fjärdedel av perioden. Till exempel har elektrisk utrustning cosφ = 0,8, vilket motsvarar en arccosvinkel på 0,8 ≈ 36,8 °. Denna förskjutning beror på närvaron av icke-linjära komponenter i konsumenten av el - kondensatorer och induktanser (till exempel lindningar av elmotorer, transformatorer och elektromagneter).

För att ytterligare förstå vad som händer är det nödvändigt att beakta det faktum att ju högre effektfaktor (högst 1), desto mer effektivt använder konsumenten den el som mottas från nätet (det vill säga mer energi omvandlas till användbart arbete) - denna belastning kallas resistiv.

Med en resistiv belastning sammanfaller strömmen i kretsen med spänningen. Och med en låg effektfaktor kallas belastningen reaktiv, det vill säga att en del av strömförbrukningen inte gör något användbart arbete.

Tabellen nedan visar konsumenternas klassificering efter effektfaktor.

AC-konsumentklassificering

Följande tabell visar effektfaktorn för hushållens elkonsumenter.

Effektfaktor för hushållsapparater

Humorelektriker

Vad är reaktiv kraft? Allt är väldigt enkelt!

Reaktiva effektkompensationsmetoder

Av ovanstående följer att om belastningen är induktiv bör den kompenseras med hjälp av kondensatorer (kondensatorer) och vice versa kompenseras den kapacitiva belastningen med hjälp av induktorer (choker och reaktorer). Detta hjälper till att öka kosinusphi (cos φ) till acceptabla värden 0,7-0,9. Denna process kallas reaktiv kraftkompensation.

Den ekonomiska effekten av reaktiv maktkompensation

Den ekonomiska effekten av att införa reaktiva kraftkompensationsanläggningar kan vara mycket stor. Enligt statistik utgör det från 12 till 50% av betalningen för el i olika Rysslands regioner. Installationen av reaktiv kraftkompensation lönar sig på högst ett år.

För de konstruerade anläggningarna möjliggör införandet av en kondensatorenhet i utvecklingsstadiet en kostnadsbesparing på kabelledningar genom att minska tvärsnittet. En automatisk kondensatorinstallation kan till exempel höja cos cos från 0,6 till 0,97.

rön

Så reaktiva kraftkompensationsanläggningar ger konkreta ekonomiska fördelar. De låter dig också hålla utrustningen i funktionsskick längre.

Här är några orsaker till att detta händer.

1. Minska belastningen på krafttransformatorer och öka i samband med detta deras livslängd.

2. Minska belastningen på ledningar och kablar, möjligheten att använda kablar med mindre tvärsnitt.

3. Förbättra kvaliteten på el från kraftkonsumenter.

4. Avskaffande av möjligheten till böter för att minska cos φ.

5. Minska nivån på högre övertoner i nätverket.

6. Minska elförbrukningen.

Comments

[#1 Constantin]

Effektfaktor är förhållandet mellan aktiv effekt (watt, kilowatt) och uppenbar effekt (volt-ampère, kilovolt-ampère). Kraftfaktorn i det allmänna fallet är alltid mindre än enhet. Endast med en rent aktiv belastning (belysning, värmeenheter) är den lika med enhet. Värdet på effektfaktorn bestämmer bråkdelen av den synliga (fulla) kraften hos generatorn eller transformatorn som de kan ge till den elektriska mottagaren i form av aktiv effekt.

[#2]

Tack så mycket, riktigt förståelig information.

[#3 Andrew]

Det är just artikeln glömde att lägga till att det mesta av den reaktiva kraften återförs till det elektriska systemet! Om du förklarar på fingrarna strömmar strömmen genom tråden på båda sidor samtidigt om det finns oenigheter - från generator till last och från belastning (den returnerar energi) till generator. Och naturligtvis är detta bara möjligt med AC. Och konsumenten betalar för energi som han faktiskt inte använde! Därför inträffar vissa saker (som att sänka konsumtionsnivån) bara praktiskt taget på grund av den idiotiska principen att mätaren beaktar den förbipasserande energin, och VAR den går på trumman. Kompensation är självklart nödvändig, men till största delen till energiföretag. Tja, om du tänker logiskt - hur införandet av ett TILLÄGGS-element med förluster i kretsen kan öka dess effektivitet ???? Men som en metod för att hantera övertoner och översvämning (överskridande) av spänning i linjen är den effektiv, eftersom instämmer generator och last. Naturligtvis kan tunnare ledningar användas (för teoretisk cos = 0 kommer strömmen i tråden att fördubblas, eftersomkommer att strömma genom kabeln i båda riktningarna samma SIMULTANEOUSLY). Belastningen på styr- och distributionsenheter kommer också att minska på grund av samma. Och generatorer med omströmstransformatorer gillar inte. Och dessa processer inträffar under ALLA belastningsändringar (om det inte är rent aktivt, vilket generellt sett inte riktigt händer, till och med en vanlig lampa har en försumbar induktans). På 70-talet i USA berodde anläggningen omedelbart under linjen under hundra distributionstransformatorer i flera stater på grund av AVSLUTNING.

[#4]

Andrey, hushållsmätare är "aktiva energimätare". Med allt detta. De tar inte hänsyn till reaktiv energi.

[#5 MaksimovM]

AndrewFör det första drivs anläggningen alltid av flera kraftledningar. Och även om anläggningen är helt avaktiverad, vilket i princip är omöjligt, eftersom det alltid finns flera oberoende energiförsörjningskällor, kan detta inte tjäna som en anledning till avaktiverande distributionsstationer. Anläggningen är i drift - lasten är i transformatorstationerna, anläggningen har stängts av - lasten har minskat med något värde. Detta är inte ett nödläge för kraftsystemet. Det kan bara vice versa - anläggningen avaktiveras till följd av avaktiveringen av flera transformatorstationer.

Cosine phi (effektfaktor) är förhållandet mellan aktiv effekt och total energiförbrukning. I princip kan det inte vara lika med noll. Alla transformatorer belägna i transformatorstationer utformade för en viss effekt, och denna effekt är full, det vill säga med hänsyn till den aktiva och reaktiva komponenten. Den förbrukade elektriska kraften, även om den är aktiv, till och med reaktiv, går alltid i en riktning. Kraften kan ha en annan riktning på transiteringslinjerna i transformatorstationer, i detta fall, beroende på tillståndet för en viss del av kraftsystemet, kan den aktiva och reaktiva kraften ha en annan riktning (förbrukning eller retur av elektrisk energi).

[#6 BAB]

Kära vänner (författaren till artikeln och kommentera), jag håller inte med er om allt, men jag kommer inte att diskutera detta. Jag vill ange min vision om processens fysik. I allmänhet existerar naturligtvis inte en sådan typ av energi (kraft) som "Reaktiv". Men det finns ett koncept: Reaktiv energi (kraft). Detta koncept karakteriserar fenomenet som uppstår i växelströmskretsar. Kärnan i fenomenet är enkelt. Induktiva och kapacitiva element skapar (uppstår) magnetiska och elektriska fält. I växelströmskretsar är dessa fält naturligtvis också variabla. Energi tillbringas vid skapandet av dessa fält. Till exempel när en ström flyter i en induktans uppstår ett magnetfält. När strömmen ökar konsumeras dessutom energin från det elektriska nätverket (dvs från generatoren) för att skapa detta fält, och när strömmen minskar återförs energin lagrad i induktansen till nätverket. Uppenbarligen för varje period fördubblas magnetfältet från noll till ett maximum och minskar två gånger i motsatt riktning. Ett liknande fenomen förekommer i tanken. Endast i kapacitansen svänger elektriska fält och detta händer synkront med en spänningsförändring. Svängningsfaserna för elektriska fält i en kapacitans och magnetfält i en induktans är alltid i antifas. Liknande fenomen förekommer i mekaniska system: till exempel när en fjäder komprimeras, energi förbrukas och när den är otyddad frigörs den lagrade potentiella energin (varför inte kapaciteten?), Eller till exempel för att pumpa vatten till en jämn hastighet i ett slutet vattenförsörjningssystem, det tar lite tid för pumpen att fungera, om efter det att pumpen stäng av sedan kommer cirkulationen att fortsätta under en tid av tröghet på grund av den lagrade kinetiska energin (detta är en analog induktans).

Slutsats: Reaktiv energi är inte någon speciell typ av energi, det är elektrisk energi som periodvis förbrukas i växelströmskretsar och avges av reaktiva element.

PS. - Reaktiv energi (effekt) kan mätas, vilket betyder att den finns.

[#7]

Det enda jag håller med författaren är att det finns många legender kring begreppet "reaktiv energi" ... Tydligen författaren föreslog sin egen hämnd ... Förvirrad ... motsägelsefull ... alla slags överflöd: "' kommer, energin går ... "Resultatet var i allmänhet chockerande, sanningen vred upp och ned:" Slutsats - den reaktiva strömmen får ledningarna att värmas upp utan att göra något användbart arbete "Herr, kära! värme fungerar redan !!! Min åsikt, här kan människor med teknisk bakgrund utan vektordiagram över en synkrongenerator under belastning inte hålla samman processbeskrivningen korrekt, och för de intresserade kan jag erbjuda ett enkelt alternativ utan snygg.

Så om reaktiv energi. 99% av elen med en spänning på 220 volt eller mer genereras av synkrona generatorer. Vi använder olika elektriska apparater i vardagen och arbetet, de flesta "värmer luften", avger värme till en eller annan grad ... Känn TV: n, datorskärmen, jag pratar inte ens om den elektriska ugnen i köket, överallt känns det varmt. Dessa är alla konsumenter av aktiv kraft i strömförsörjningen till en synkron generator. Generatorns aktiva kraft är den oåterkalleliga förlusten av genererad energi av värme i ledningar och enheter. För en synkron generator åtföljs överföringen av aktiv energi av mekaniskt motstånd på drivaxeln. Om du, kära läsare, roterade generatoren manuellt, skulle du omedelbart känna ett ökat motstånd mot dina ansträngningar och det skulle betyda den här, någon inkluderade ett extra antal värmare i ditt nätverk, det vill säga den aktiva belastningen ökade. Om du har diesel som generatordrivning måste du se till att bränsleförbrukningen ökar i blixthastigheten, eftersom det är den aktiva belastningen som förbrukar ditt bränsle. Med reaktiv energi är det annorlunda ... Jag säger er, det är otroligt, men vissa konsumenter av elektricitet själva är källor till elektricitet, om än för ett mycket kort ögonblick, men det är de. Och om vi tar hänsyn till att växelström av industriell frekvens ändrar dess riktning 50 gånger per sekund, överför sådana (reaktiva) konsumenter sin energi till nätverket 50 gånger per sekund. Du vet hur i livet, om någon lägger till något till originalet hans utan konsekvenser kvarstår det inte. Så här, förutsatt att det finns många reaktiva konsumenter, eller om de är tillräckligt kraftfulla, är den synkrona generatoren upphetsad. Återvända till vår tidigare analogi där du använde din muskelkraft som drivkraft kommer du att märka att trots att du inte ändrade rytmen genom att rotera generatoren eller inte kände en kraftig våg på axeln, så tappades lamporna i ditt nätverk plötsligt. Paradoxalt nog spenderar vi bränsle, vi roterar generatoren med en nominell frekvens, men det finns ingen spänning i nätverket ... Kära läsare, stäng av reaktiva konsumenter i ett sådant nätverk och allt kommer att återställas. Utan att gå in i teorin inträffar excitationen när magnetfälten inuti generatorn, exciteringssystemets fält som roterar tillsammans med axeln och fältet för den stationära lindningen som är ansluten till nätverket roterar i motsatt riktning och därmed försvagar varandra. Elproduktionen minskar med minskande magnetfält inuti generatorn. Tekniken har gått långt framåt, och moderna generatorer är utrustade med automatiska exciteringsregulatorer, och när reaktiva konsumenter "misslyckas" spänningen i nätverket, kommer regulatorn omedelbart att öka magnetisationsströmmen, magnetflödet kommer att återgå till det normala och spänningen i nätet kommer att återställa det är tydligt att excitationsströmmen har aktiv komponent, så lägg till bränsle i diesel ...I vilket fall som helst påverkar den reaktiva belastningen negativt driften av elnätet, särskilt när den reaktiva konsumenten är ansluten till nätet, till exempel en asynkron elektrisk motor ... Med en betydande effekt från det senare kan allt sluta dåligt, av misstag. Sammanfattningsvis kan jag tillföra en nyfiken och avancerad motståndare att det också finns reaktiva konsumenter med användbara egenskaper. Det här är alla som har elektrisk kapacitet ... Anslut sådana enheter till nätverket och elföretaget är redan skyldigt dig)). I ren form är det kondensatorer. De avger också elektricitet 50 gånger per sekund, men samtidigt ökar generatorens magnetiska flöde, tvärtom, så att regulatorn kan till och med sänka magnetiseringsströmmen och spara kostnader. Varför bokade vi inte detta förut ... varför ... Kära läsare, gå runt i ditt hus och leta efter en kapacitiv jetkonsument ... du hittar inte ... Om du inte tar isär en TV eller en tvättmaskin ... men det kommer inte att vara användbart .... <

[#8]

Tja, som om 50 Hz är en förändring i riktningen för strömmen 100 gånger per sekund tog det ytterligare ett år ... Så alla är lätta.

[#9]

Eugene, under det första året på seminariet eller Institutet för fysisk utbildning? Skulle inte vara vanära! Han som har en hjärna har lärt sig även i en klass på det sättet på sjunde-åttonde att hertz är en fullständig svängningsperiod per sekund! dvs med en sinusformad vågform med en frekvens på 50 Hz ändras skylten till motsatsen 50 gånger per sekund, men halvvågen kommer redan att vara 100! Du läser här, i helvete tar det: elektroteknik har nu blivit som en hednisk tro: all obscurantism och kätteri ...

[#10]

Vänner, genom att minska reaktiviteten, minskar du det aktiva, det är ett faktum! Räknaren kommer också att visa detta!

Kom ihåg elementär fysik!

För att ta reda på indikatorn för aktiv effekt är det nödvändigt att känna till den totala effekten, för dess beräkning används följande formel: S = U \ I, där U är nätverkets spänning, och I är nätets nuvarande styrka.

Beräkningen av aktiv effekt tar hänsyn till fasvinkeln eller koefficienten (cos), sedan: S = U * I * cos

Så ta fästingar, mät reagens, om mindre än 0,9, sätt kondenser med rätt betyg så blir du lycklig!

[#11 Anatoly]

Allt detta är korrekt, men om vi sätter en diodbrygga i kretsen med en kondensator (alla förluster av aktiv effekt för uppvärmning av diodbryggan och kondensatorn kommer naturligtvis att beaktas av räknaren som aktiv effekt), och efter anslutning av diodbron, anslut den elektrolytiska kondensatorn, kommer den att ladda till det maximala nätspänning, varefter den, utan att ha något sätt för sin urladdning, börjar stå laddad vid den maximala nätspänningen. Laddningstiden kan vara godtycklig lång, men kondensatorn förbrukar endast ström från nätverket genom diodbryggan, gradvis ackumulerar dess laddning och ökar spänningen på dess plattor till nätverkets maximala spänning, och kondensatorn förbrukade endast strömmen, som är 90 fas grader före fasspänningen, dvs reaktiv ström från nätverket. Ja, kondensatorn returnerade inte sin laddning till elnätet under nästa kvartal av perioden, som det borde ha gjort om det hade anslutits till elnätet utan en diodbro. Och då skulle kondensatorns kraft utan att ta hänsyn till de aktiva förlusterna på grund av uppvärmning av dess plattor betraktas som en rent reaktiv effekt. Men kondensatorn laddades med ström från en strömkälla i form av en diodbrygga, och denna ström var en reaktiv ström med avseende på det elektriska nätet, eftersom det finns en annan kondensator i kretsen till diodbron. Det vill säga, mätaren tog inte hänsyn till den här elektriska kraften, eftersom den var reaktiv effekt och strömmen låg nästan med en vinkel på 90 elektriska grader, och mätaren som aktiv effekt tar bara hänsyn till kraften som sammanfaller i fas med strömmen. I detta fall kan den elektrolytiska kondensatorn som är ansluten efter diodbron inte längre tömmas till nätet, efter att den laddats till nätets maximala spänning kommer den att förbli i ett laddat tillstånd.Det vill säga att någon del av den elektriska energin som inte beaktas av mätaren väljs från det elektriska nätet. Om kondensatorn urladdas tillräckligt snabbt för viss belastning, såsom ett motstånd, omvandlas den laddning som ackumuleras av den elektrolytiska kondensatorn till termisk energi och den värmer motståndet. Kondensatorn laddas igen från elnätet. Om en ström flyter kontinuerligt över motståndet, kommer kondensatorn att jämna ut ripporna av den likriktade spänningen och laddar upp från nätverket med reaktiv ström. Men samtidigt kommer en likriktad reaktiv ström att flyta genom själva motståndet. Storleken på spänningsfallet över motståndet kommer att bero på storleken på dess motstånd. Den konstanta komponenten i strömmen genom motståndet kommer inte att kunna påverka den elektriska vinkeln mellan strömmen och spänningen i kretsdelen till diodbron, eftersom spänningen efter diodbron är 1,41 gånger högre än spänningen till diodbron. På grund av det faktum att belastningsspänningen på diodbron sammanfaller i fas med avloppet vid krusningsströmmen och kretsarna av den likriktade spänningen är helt utjämnade, kommer mätaren inte att ta hänsyn till en del av lastkraften som den aktiva kraften i växelströmsnätet. För en stor lastkraft är en sådan krets oacceptabel på grund av storleken på kondensatorer och höga strömmar. Men ett sådant schema används i strömförsörjningssystem för LED-lampor med en ballastkondensator. Om ett ballastmotstånd installeras i stället för en ballastkondensator, ökar strömförbrukningen för LED-lampan omedelbart med 20–25 gånger på grund av stora förluster vid värmning av ballastmotståndet. Ett sådant schema kan endast användas vid låg kapacitet och uteslutande för att omvandla elektrisk energi till värme, till exempel till varm energi på lysdiodernas interna motstånd.

[#12 Sergei]

Alla kommentatorer är så smarta, du skriver eller kopierar kommentarer från olika webbplatser eller böcker. Så säg mig, vad lever vi i ett så rövhål att vi måste studera energityperna själva och hur det fungerar och vad vi betalar för. Respektera författaren.

[#13 hamster]

i kommentarer skrivs det ännu värre än i artikeln - ingen är klar

[#14 Serge]

Och vilken typ av trick är den här typen. Aktiv energi är 53435. Reaktiv konsumerad-7345 och reaktiv frigöring-36456 och detta är enligt mätaren. Varför finns det en sådan skillnad mellan reaktiva energier och är det rätt att vi tvingas betala för det?

[#15 Elena Alexandrovna]

Var fick du dessa formler från ?! Bruttoeffekt: S = rot av (P * P + Q * Q), där P är aktiv och Q är reaktiv effekt. För att hitta den reaktiva måste du multiplicera den aktiva (som P) med en viss koefficient (tg f), som är belägen från cos f enligt mottagarens passdata (om du behöver det, hittar du det lätt). Arr ... Nu letar du efter information på internet och du stöter på nonsens ... Minska inte reaktiv kraft på något sätt minska aktiva !!! Tvärtom, full kraft bör sträva efter aktiva !!!

[#16 VVM]

"...vid teoretiska cos = 0 kommer strömmen i tråden att fördubblas"m ... ja!
Tja, rita redan, även för dig själv, den här jävla enhetscirkeln och dettajävla Kartesiska kors med pilar (en till höger, en till toppen).