В каких единицах измеряется реактивная мощность

Экономический эффект от установки таких устройств окажет ощутимое влияние на семейный бюджет. Вы сможете экономить около 15% ежемесячно. Согласитесь, это не так уж мало, учитывая тарифы на электроэнергию.

Содержание

Что такое эффективность электроэнергии

Под эффективностью электроэнергии понимаются определенные изменения в энергоснабжении. Например, передача электроэнергии по проводам. В этом случае определяется мощность линии.

Или это может быть преобразование, тогда электродвигатель может выполнять некоторую механическую работу, телефон преобразует электричество в радиоволны или использует энергию для работы процессора, экрана и так далее. Получается, что мощность относится к потреблению энергии за определенный период времени.

Но существует и обратный процесс. Так, генератор, с другой стороны, вырабатывает электроэнергию и отдает ее обратно потребителю, он имеет определенную емкость. При зарядке аккумулятор может быть как источником, так и потребителем энергии. По своей сути мощность является скалярной величиной и определяется в определенный момент времени.

Скаляр – это величина, определяемая только числом, без указания направления электрического тока.

Более того, сам приемник может изменять свою мощность в зависимости от поставленной задачи. Это легче объяснить на примере фотоаппарата.

Когда камера работает, потребляемая мощность одна, если делается снимок, мощность другая, а если используется вспышка, мощность уже третья. Потребляемую мощность каждый раз можно определить по простой формуле.

Формула для расчета мощности, тока и напряжения

Прежде всего, необходимо установить следующие формулы единицы измерения мощности или определить, что делает электричество способным что-то делать?

Электрический заряд, создающий ток, должен двигаться, только тогда он может проявляться, потому что по определению электрический ток – это движение заряженных частиц по замкнутой цепи. Поэтому мощность напрямую связана с количеством энергии, перемещаемой по цепи в определенный момент времени.

Что заставляет заряды двигаться? Это разность потенциалов, создаваемая источником энергии. Она измеряется в вольтах и называется напряжением. Другая вещь, которую необходимо учитывать, – это количество заряда, протекающего через поперечное сечение проводника в любой момент времени. Это называется током и измеряется в амперах. Это два компонента, которые необходимы для упрощенной формулы.

Что нам нужно сделать с этими компонентами? Чтобы было проще понять, давайте предположим, что напряжение представляет собой скорость движения, а ток – количество заряда. Пусть напряжение равно 1 единице, а ток начинается с 2 зарядов. В этом случае за единицу времени будет перенесено 2 заряда.

А если напряжение увеличить до 2 единиц? Тогда будет перемещено в два раза больше зарядов, так как скорость перемещения увеличится.

Отсюда вывод: чтобы узнать мощность (количество перемещенных зарядов), нужно напряжение умножить на силу тока. Подставляя эти обозначения, получаем формулу для мощности: P=UI;

где P – мощность,
U – напряжение,
I – сила тока.

Теперь осталось выяснить, как измеряется электрическая мощность.

Видео описание

Проще говоря, реактивной мощностью.

В сетях переменного тока, которые сегодня используются по всему миру, мы не можем обойтись без активной и реактивной мощности – они взаимозависимы и даже необходимы. Активная мощность относится к напряжению, которое вырабатывается на ТЭЦ, электростанции, атомной электростанции, портативном генераторе в гараже и т.д. – достигает потребителя (фабрики, заводы, наши дома) и питает все электроприборы от сети 220-380 В. В то же время функция реактивной составляющей общего тока заключается в бесцельном блуждании от источника к потребителю и обратно. Откуда же берется эта, казалось бы, бесполезная субстанция?

Это связано с тем, что в наших домах, на заводах и других электрифицированных объектах есть устройства с индукционными катушками (например, статор двигателя), в которых постоянно генерируются магнитные поля. Это означает, что некоторые из них вращают ротор (якорь), а некоторые возвращаются обратно, и так до бесконечности, пока существует активное движение энергии. Это хорошо видно на примере пинты свежего пива: человек выпивает вместе с жидкостью лишь небольшую часть пены, а остальное оставляет в бокале или выдувает на землю. Но именно эта пена является продуктом брожения (индукции), без которого пиво как таковое вообще бы не существовало.

На этом этапе мы можем резюмировать первый момент в понимании темы: если есть индуктивная нагрузка (а она всегда есть), то должен быть реактивный ток, потребляемый индукцией, которая сама его генерирует. Это означает, что индукция генерирует реактивную мощность, затем потребляет ее, снова генерирует и так далее, но здесь кроется одна проблема. Для того чтобы передать реактивное вещество обратно, необходима активная энергия, которая расходуется из-за непрерывного движения электронов в проводниках (нагрев проводников).

Описание видео

Реактивная энергия за 5 минут простым языком.

Читайте также:
Простейшие расчеты мощности для "теплых полов"

Единица измерения активной мощности записывается как P (Вт), реактивной мощности – Q (Вар), а полной мощности – S. Когда эти две величины складываются, мы получаем значение S или полную мощность: P+Q=S. Только это упрощенная версия, и на практике это будет выглядеть как S= √(P2+Q2) – квадратный корень из суммы квадратов W и Var. Вам это ничего не напоминает? Ну, конечно, это теорема Пифагора для прямоугольного треугольника, где вычисляется противолежащий прямоугольник: c= √(a2+b2). Как видно, физические и математические величины всегда остаются неизменными. Получается, что активная и реактивная мощность, находясь в сети и образуя общее число S, не столь полезна, но если ее разделить на P и Q, то мы получим работу различных двигателей, катушек и трансформаторов.

Примечание: на практике активная и реактивная мощности редко совпадают, но это не так важно. Отметим только, что при расчетах в записках технолога вместо var (вар) чаще используется косинус phi (cos φ). Это сделано для того, чтобы избежать путаницы в связи с новым определением.

Теперь давайте подведем итог тому, что мы узнали. Если ток представляет собой не активную энергию, а индуктивную и наоборот, то его необходимо компенсировать или собирать с помощью различных конденсаторов, диодных мостов и т.д. Такой подход позволяет увеличить значение cos φ до 0,7-0,9, т.е. компенсировать реактивную мощность. Конечно, для любых расчетов нужны конкретные цифры, а не условные единицы активной мощности, но этому невозможно научить с помощью одной статьи.

Физика процесса

Когда мы имеем дело с цепями постоянного тока, мы не говорим о реактивной мощности. В таких цепях мгновенное и кажущееся значения мощности одинаковы. Исключение составляют случаи, когда включаются и выключаются емкостные и индуктивные нагрузки.

Аналогичная ситуация возникает, когда в синусоидальных цепях присутствуют только активные сопротивления. Однако если в такой цепи присутствуют устройства с индуктивным или емкостным сопротивлением, происходит сдвиг фаз тока и напряжения (см. рис. 1).

В случае индуктивных катушек наблюдается отставание тока по фазе, в то время как в случае емкостных элементов фаза тока сдвигается так, что ток обгоняет напряжение. Из-за интерференции гармонического тока полная мощность разлагается на две составляющие. Емкостные и индуктивные компоненты называются пассивными, бесполезными компонентами. Второй компонент состоит из активной мощности.

Фазовый угол используется для расчета значений активной и реактивной емкостной или индуктивной мощности. Если угол φ = 0, что имеет место для резистивных нагрузок, то реактивная составляющая отсутствует.

Важно помнить следующее:

Резистор потребляет только активную мощность, которая выделяется в виде тепла и света;
Индукторы производят реактивную составляющую и возвращают ее в виде магнитного поля;
Емкостные элементы (конденсаторы) производят пассивную составляющую.

Треугольник мощности и cos φ

Для иллюстрации полной мощности и ее составляющих в виде векторов (см. рис. 2). Обозначим вектор полной мощности символом S, а векторы активной и реактивной составляющих – символами P и Q соответственно. Поскольку вектор S является суммой компонент тока, силовой треугольник образуется по принципу сложения векторов.

Используя теорему Пифагора, вычисляем модуль вектора S:

Отсюда мы можем найти реактивную составляющую:

Мы уже упоминали выше, что реактивная мощность зависит от сдвига фаз и, следовательно, от угла этого сдвига. Удобно выразить эту зависимость в терминах cos φ. По определению cos φ = P/S. Эта величина называется коэффициентом мощности и обозначается Pf. Таким образом, Pf = cos φ = P/S.

Коэффициент мощности, т.е. cos φ, является очень важной характеристикой для оценки эффективности тока. Он варьируется от 0 до 1.

Если фазовый угол равен нулю, cos φ = 1, что означает, что P = S, т.е. полная мощность состоит только из активной мощности и не включает реактивную мощность. Если фазовый угол равен π/2, cos φ = 0, что означает, что в цепи преобладают только реактивные токи (ситуация, которая не встречается на практике).

Из этого можно сделать вывод, что чем ближе к 1 коэффициент Pf тем эффективнее используется ток. Для синхронных генераторов, например, приемлемым считается коэффициент 0,75-0,85.

Типичные оценки качества электроэнергии

При одной и той же активной мощности нагрузки мощность, излишне рассеиваемая на проводниках, обратно пропорциональна квадрату коэффициента мощности. Таким образом, чем ниже коэффициент мощности, тем ниже качество потребляемой электроэнергии. Для улучшения качества потребления электроэнергии используются различные методы коррекции коэффициента мощности, т.е. повышения коэффициента мощности до значения, близкого к единице.

Значение коэффициента мощности

Удовлетворительное

Неудовлетворительное

Например, большинство компактных люминесцентных ламп ("энергосберегающих") с ЭПРА имеют высокий коэффициент мощности.

18) Соединение звездой. Схема, определения.

Если концы всех фаз генератора соединены вместе, а головки фаз подключены к нагрузке, образуя трехфазную звезду, получается трехфазная цепь со звездой. В этом случае три обратных проводника объединяются в один, называемый нейтральным или нулевым проводником. Трехфазная цепь, соединенная звездой, показана на рисунке 7. 1.

Рисунок 7.1

Проводники, идущие от источника к нагрузке, называются линейными проводниками, а проводник, соединяющий нейтральные точки источника Nи нейтральный (нулевой) проводник называется нейтральным (нулевым) проводником. Напряжения между началом фаз или между линейными проводниками называются линейными напряжениями. Напряжения между началом и концом фазы или между линейным и нейтральным проводниками называются фазными напряжениями. Токи в фазах нагрузки или источника называются фазными токами, а токи в линейных проводах – линейными токами. Поскольку проводники линии соединены последовательно с фазами источника и нагрузки, то токи в линии при соединении звездой являются фазными токами.

Iл = Iф.

ZN – сопротивление нейтрального проводника.

Линейные напряжения равны геометрическим разностям соответствующих фазных напряжений.