Активная и реактивная мощность: что это такое, в каких единицах измеряется, формула

Начнем с того, что активная и реактивная мощности – постоянные спутники нашей жизни, хотя подавляющее большинство жителей любой страны этого просто не замечают. Кроме того, ассоциации, которые возникнут у многих людей, когда они услышат или прочитают слово «реактивный самолет», будут выглядеть как реактивные турбины, а в основном современные самолеты, увиденные в кино. Конечно, это далеко от истины, поэтому лучше сначала разобраться в этих понятиях на простейшем примере из жизни.

Участок BC — активная мощность, участок AC — реактивная мощность, гипотенуза AB — полная мощность Источник wikipedia.org

Понять, что такое активная и реактивная мощность, нам поможет пример двух неразлучных сестер (назовем их Валя и Даша), которые летом вместе приехали на дачу, так как не представляют жизни друг без друга. По приезду Валя пошла в сарай, взяла лопату, мотыгу, грабли, мешок для мусора (ведро) и пошла работать на огородном участке.

Но Даша решила использовать поездку за город как возможность отдохнуть, поэтому целый день прыгала, веселилась, лежала на козлах под деревом и наслаждалась свежим воздухом. Получается, что Валя в данном случае представляет активную мощность (P кВт), а Даша реактивную мощность (Q квар), хотя вместе они выглядят как бригада или полная мощность. На изображении треугольника выше Валя будет изображать катет ВС, Даша — катет АС, а обе сестры на месте — гипотенузу АВ (запомните этот пример — мы его вспомним позже).

Видео описание

Простыми словами о реактивном эффекте.

Понятие реактивной электроэнергии

Этот вид электричества присущ цепям, включающим реактивные элементы. Реактивная электроэнергия – это часть общей подводимой мощности, которая не используется для полезной работы.

В электрических цепях постоянного тока понятие реактивной мощности отсутствует. В цепях переменного тока реактивная составляющая возникает только при наличии индуктивной или емкостной нагрузки. В этом случае имеет место несоответствие между фазой тока и фазой напряжения. Этот фазовый сдвиг между напряжением и током отмечен символом «φ».

При индуктивной нагрузке в цепи наблюдается запаздывание фазы, при емкостной — опережает ее. Поэтому до потребителя доходит только часть полной мощности, а основные потери происходят из-за бесполезного нагрева приборов и устройств в процессе эксплуатации.

Потери мощности происходят из-за наличия в электрических устройствах катушек индуктивности и конденсаторов. Благодаря им некоторое время в цепи накапливается электричество. Затем накопленная энергия возвращается в цепь. К приборам, потребляемая мощность которых включает реактивную составляющую электроэнергии, относятся переносные электроинструменты, электродвигатели и различные бытовые приборы. Это значение рассчитывается с учетом специального коэффициента мощности, который называется cos φ.

Значение коэффициента при учете потерь

Чем выше значение коэффициента мощности, тем меньше будут потери активной электроэнергии, а значит, конечный потребитель потребленной электроэнергии будет стоить немного дешевле. Для увеличения значения этого коэффициента применяют различные способы компенсации нецелевых потерь электроэнергии в электротехнике.

Компенсирующие устройства представляют собой токопроводящие генераторы тока, выравнивающие угол сдвига фаз между током и напряжением. Конденсаторные батареи иногда используются для той же цели. Они включаются параллельно рабочей цепи и используются как синхронные компенсаторы.

Что это означает

В сетях переменного тока, которыми сегодня пользуется абсолютно весь мир, активную и реактивную мощности нельзя опускать – они взаимозависимы и даже необходимы. К активной электроэнергии относится напряжение, вырабатываемое ТЭЦ, ГЭС, АЭС, передвижным генератором, стоящим в гараже, и так далее – оно идет к потребителю (на фабрики, заводы, к нам домой) и питает все электроприборы от сети ≈220-380 В. При этом функция реактивной составляющей полного тока беспланово блуждает от источника к потребителю и обратно. Так откуда же берется это, казалось бы, бесполезное лекарство?

Дело в том, что в наших домах, на предприятиях и других электрифицированных объектах есть устройства с катушками индуктивности (например, можно взять статор двигателя), где постоянно генерируются магнитные поля. То есть некоторые из них вращают ротор (якорь), а некоторые возвращаются назад и так до бесконечности, пока происходит движение активной энергии. Это хорошо демонстрирует кружка свежего пива: с жидкостью человек выпивает лишь малую часть пены, оставляя остальное в стакане или сдувая его на землю. А ведь эта самая пена — продукт брожения (индукции), без которого не было бы пива вообще.

Теперь уже можно подвести первый итог для понимания темы: если есть индуктивная нагрузка (а она есть всегда), то обязательно появится реактивный ток, потребляемый индукцией, которая сама ее создает. То есть индукция вырабатывает реактивную мощность, потом ее потребляет, снова вырабатывает и так все время, но есть одна проблема. Для движения реактивного вещества вперед и назад необходима активная энергия, которая расходуется за счет постоянного движения электронов по проводам (нагрев проводов).

Можем ли мы прийти к выводу, что активная мощность генератора представляет собой полную противоположность реактивной, на первый взгляд, бесполезной мощности? Но это не так. Помните, что сёстры неразлучны друг с другом, ведь они любят друг друга, а пиво без пены пить никто не будет, а без неё напиток не сможет забродить.

То же самое можно сказать и о реактивной мощности — без нее невозможно создать магнитные поля, поэтому эту мощность необходимо учитывать. Но тут в дело вступили извороты мозга изобретателей, решивших уменьшить территориальное пространство (не гонять туда-сюда по проводам) этого не совсем понятного вещества и производить его в непосредственной близости от объекта-потребителя.

Сечение кабеля по таблице коэффициентов мощности и как ею пользоваться

Для наглядного примера можно взять всем известный электрический фен, у которого есть двигатель, вращающий вал с лопастями — его называют турбиной для подачи горячего воздуха. Так, для разгрузки ЛЭП от бесполезной работы реагента от станции к потребителю и обратно в корпус прибора встроен конденсатор необходимой емкости.

А представьте себе тот же электросварочный или токарный цех с десятками мощных станков — потенциал которых высвобождается за счет реактивной мощности для повышения эффективности. В профессиональном плане установка конденсаторов или других статических компенсирующих элементов называется компенсацией реактивной мощности. Получается, что активная и реактивная мощности — две неразрывно связанные величины.

Генераторы на электростанциях любого типа также могут вырабатывать реактивную мощность. Для этого достаточно изменить ток возбуждения (перевозбуждение, недовозбуждение), и генератор будет и поставщиком, и потребителем этой величины. Но это всего лишь законы физики, которые в данном случае не очень благоприятны для людей, поэтому лучше всего емкость накопления и возврата перенести как можно ближе к источнику — в корпус прибора (прибора) или к производственный цех.

Электроприборы, влияющие на качество потребления

Электросчетчик ТСЭ6807П

Коэффициент мощности равен единице при подключении ламп и обогревателей. Он падает до 0,7 и менее при добавлении в схему электродвигателей и других компонентов с реактивными компонентами, доминирующими с точки зрения энергопотребления.

Правильное применение определений мощности и расчетов помогает оптимизировать проектирование электрической сети с учетом характеристик подключаемых нагрузок. Вышеизложенная информация будет полезна на этапе определения параметров электропроводки, автоматических выключателей. Комплексное использование этих знаний позволит повысить надежность электроснабжения, предотвратить возникновение и развитие аварийных ситуаций.

Источник реактивной энергии

Чтобы понять природу появления этой энергии и как найти реактивную мощность, необходимо уточнить, что любая электромагнитная или индукционная машина, работающая на переменном токе, преобразует электричество в тепло. Для этого преобразования требуется магнитное поле. Следовательно, он формируется из безваттной энергии. Причина – поглощение энергии индукционного контура и ее возврат при падении магнитного поля дважды за цикл текущей частоты.

Природа явления

Видео описание

Реактивный эффект за 5 минут простыми словами.

Мощность в цепи переменного электрического тока

Электроприборы, подключенные к сети, работают в цепи переменного тока, поэтому будем считать ток при данных условиях. Но сначала дадим общее определение понятия.

Мощность — физическая величина, отражающая скорость преобразования или передачи электрической энергии.

В более узком смысле говорят, что электрическая мощность есть отношение между работой, совершаемой за определенный промежуток времени, и этим промежутком времени.

Если переписать это определение менее научно, то получается, что электроэнергия – это определенное количество энергии, потребляемое потребителем за определенный период времени. Самый простой пример – обычная лампа накаливания. Скорость, с которой лампочка преобразует электричество, которое она использует, в тепло и свет, является ее мощностью. Следовательно, чем выше этот показатель изначально у лампочки, тем больше энергии она будет потреблять, и тем больше света давать.

Поскольку в данном случае речь идет не только о процессе превращения электричества во что-то другое (свет, тепло и т д.), но и о процессе колебаний электрического и магнитного полей, то между током и напряжением возникает фазовый сдвиг, и это следует учитывать при дальнейших расчетах.

При расчете мощности в цепи переменного тока принято различать активную, реактивную и полную составляющие.

Понятие активной мощности

Активная «полезная» мощность — это та часть мощности, которая непосредственно характеризует процесс преобразования электрической энергии в другую энергию. Обозначается латинской буквой Р и измеряется в ваттах (Вт).

Рассчитывается по формуле: P = U⋅I⋅cosφ,

где U и I — действующие значения напряжения и тока цепи соответственно, cos φ — косинус угла сдвига фаз между напряжением и током.

ВАЖНЫЙ! Описанная ранее формула подходит для расчета цепей с напряжением 220В, но мощные устройства обычно используют сеть с напряжением 380В. В этом случае выражение нужно умножить на корень из трех или 1,73

Понятие реактивной мощности

Реактивная «вредная» мощность — это мощность, образующаяся при работе электроприборов с индуктивной или емкостной нагрузкой, и отражающая возникающие электромагнитные колебания. Проще говоря, это энергия, которая идет от источника питания к потребителю, а затем возвращается в сеть.

Разумеется, использовать этот компонент в бизнесе нельзя, к тому же он во многом наносит ущерб сети электроснабжения, поэтому его обычно пытаются компенсировать.

Это значение обозначается латинской буквой Q.

ЗАПОМНИТЬ! Реактивная мощность измеряется не в обычных ваттах (Вт), а в реактивных вольт-амперах (Вар).

Рассчитывается по формуле:

Q = U⋅I⋅sinφ,

где U и I — среднеквадратичное значение напряжения и тока цепи соответственно, sinφ — синус фазового угла между напряжением и током.

ВАЖНЫЙ! При расчете это значение может быть как положительным, так и отрицательным, в зависимости от движения фаз.

Основным отличием реактивной (емкостной от индуктивной) нагрузки является собственно наличие емкости и индуктивности, которые имеют свойство накапливать энергию и в дальнейшем отдавать ее в сеть.

Коэффициент мощности cosφ (читай косинус фи) — скалярная физическая величина, отражающая эффективность потребления электрической энергии. Проще говоря, коэффициент cosφ показывает наличие реактивной части и величину принимаемой активной части по отношению к полной мощности.

Коэффициент cosφ находится через отношение активной электрической мощности к полной электрической мощности.

ПРИМЕЧАНИЕ! При более точном расчете следует учитывать нелинейные искажения синусоиды, но в обычных расчетах ими пренебрегают.

Значение этого коэффициента может варьироваться от 0 до 1 (если расчет производится в процентах, то от 0% до 100%). Из формулы расчета нетрудно понять, что чем больше значение, тем больше активная составляющая, а значит, производительность устройства лучше.

Индуктивная нагрузка сначала преобразует энергию электрического тока в магнитное поле (в течение полупериода), а затем преобразует энергию магнитного поля в электрический ток и передает его в сеть. Примерами являются асинхронные двигатели, выпрямители, трансформаторы, электромагниты.

ВАЖНЫЙ! При работе с индуктивной нагрузкой кривая тока всегда отстает от кривой напряжения на полпериода.

Емкостная нагрузка преобразует энергию электрического тока в электрическое поле, а затем преобразует энергию результирующего поля обратно в электрический ток. Оба процесса продолжаются снова в течение половины цикла каждый. Примерами являются конденсаторы, батареи, синхронные двигатели.

ВАЖНЫЙ! При работе с емкостной нагрузкой кривая тока опережает кривую напряжения на полпериода.

Понятие полной мощности. Треугольник мощностей

Полная мощность – это геометрически вычисляемая величина, равная корню из суммы квадратов активной и реактивной мощности соответственно. Обозначается латинской буквой S.

Вы также можете рассчитать общую мощность, умножив напряжение и ток соответственно.

S = U⋅I

ВАЖНЫЙ! Полная мощность измеряется в вольт-амперах (ВА).

Треугольник мощности представляет собой практическое представление всех ранее описанных расчетов и взаимосвязей между активной, реактивной и полной мощностью.

Катеты отражают реактивную и активную составляющие, гипотенуза — полную мощность. По законам геометрии косинус угла φ равен отношению активной и полной составляющих, то есть является коэффициентом мощности.

Активная, реактивная и полная мощности в формулах

Для расчета или измерения мощности: полной, активной и реактивной используются следующие основные формулы:

• активная мощность = кажущаяся * cosϕ;
• реактивная = напряжение * ток * sinϕ.

Как установить розетку в гипс

Для простоты можно начать с примера на основе цепи постоянного тока, где справедлива известная формула:

Па = У * И.

Это активная (рабочая, полная) мощность. Единицы измерения — ватт (Вт), киловатт (кВт), другие производные. При подключении резистора (R) его можно рассчитать следующим образом:

• Па = 12*R;
• Па = U2/Р.

Простота исчезает при рассмотрении синусоидальных сигналов. Именно эти параметры отличают стандартные блоки питания (220/380В). Активный эффект в этом случае зависит от фазового сдвига между векторами тока и напряжения.

Соответствующие зависимости выражаются следующим образом:

Па = U*I*cosϕ.

Эта формула подходит для расчета обычной сети 220В, которой пользуется большинство рядовых потребителей. Мощные насосы и машины подключены к трехфазным источникам питания 380 В. Для этого варианта требуется поправка:

Па = √3 * U * I * cosϕ = 1,732 * U * I * cosϕ.

Реактивная мощность (Pq) не только потребляется нагрузкой, но и возвращается обратно в источник питания. Значение определяется следующим образом:

Pq = U * I * sinϕ.

Примечание. Это значение измеряется в реактивных вольт-амперах (вар).

Для расчета полной мощности формула содержит компоненты, перечисленные выше:

Ps = √(Pa2 + Pq2).

Что такое реактивная мощность

Эту мощность можно назвать бесполезной, так как она обозначает передачу энергии между источником питания и нагрузкой. Недоступный для практического использования энергетический потенциал в этом случае только увеличивает потери.

Треугольник мощностей

На картинке ниже рядом с электрической схемой есть графические изображения емкостей. Соответствующие векторы обозначают степени:

• С — полный;
• Q — реактивный;
• Р — активный.

Коэффициент мощности

Этот термин относится к потерям, создаваемым реактивной нагрузкой. Обозначение cosϕ.

Коррекция cos ϕ

Для компенсации фазового угла используются дополнительные электрические компоненты. При индуктивной нагрузке параллельно подключается конденсатор. Емкость рассчитывается по формуле:

C=I/(w*U), где w — угловая частота.

Как и где измеряют cos ϕ

Потери определяются по изменению силы тока, напряжения и мощности в цепях с большими реактивными нагрузками:

cosϕ = P/(I * U).

Его можно найти в магазине или арендовать специализированный прибор – «фазометр». Специализированные сервисы предлагают расчет электрических параметров онлайн.

Колебательный процесс в цепях переменного тока сопровождается изменением магнитного (электрического) поля для индуктивной и емкостной нагрузок соответственно.

Формулы

Поскольку реактивная мощность зависит от угла φ, для ее расчета используется формула: Q = UI×sin φ. Единицей измерения реактивной составляющей является вар или кратное ей — квар.

Активный компонент находится по формуле: P = U*I×cosφ затем

Зная коэффициент Pf (cos φ), можно рассчитать номинальную мощность потребителя тока по его номинальному напряжению, умноженному на величину потребляемого тока.

Нужны ли устройства компенсации в быту?

На первый взгляд, в домашней сети не должно быть больших реактивных токов. В стандартном наборе бытовых потребителей преобладают электроприборы с резистивной нагрузкой:

• чайник (Pf = 1);
• лампы накаливания (Pf=1);
• электрическая плита (Pf = 1) и другие отопительные приборы;

Коэффициенты мощности современных бытовых приборов, таких как телевизор, компьютер и т.п близки к 1. Ими можно пренебречь.

Но если речь идет о холодильнике (Pf=0,65), стиральной машине и микроволновой печи, уже стоит подумать об установке синхронных компенсаторов. Если вы часто пользуетесь электроинструментом, сварочным аппаратом или у вас дома работает электронасос, установка компенсационного устройства более чем желательна.

Финансовые последствия установки таких устройств существенно повлияют на ваш семейный бюджет. Ежемесячно вы можете откладывать около 15% средств. Согласитесь, это не так уж и мало, учитывая, что тарифы не на электроэнергию.

По ходу вы ответите на следующие вопросы:

• снижение нагрузок на индуктивные элементы и провода;
• улучшить качество тока, что способствует стабильной работе электронных устройств;
• снизить уровень высших гармоник в бытовой сети.

Для того чтобы ток и напряжение работали в фазе, компенсационные устройства следует размещать как можно ближе к потребителям электроэнергии. Тогда реальный выход индуктивных электроприемников будет иметь максимальные значения.

Читайте также: Механическое напряжение

Полная мощность

На рисунке показано, как рассчитать кажущуюся мощность

Единица измерения активной мощности записывается как P (Вт), реактивной как Q (Вар) и полной как S. Если их сложить вместе, то получится значение S или полной мощности: P + Q = S. Только это упрощенный вариант, но на практике это будет выглядеть как S = √ (P2 + Q2) — квадратный корень из суммы квадратов W и Var. Вам это ничего не напоминает? Ну, конечно же, это теорема

Пифагора для прямоугольного треугольника, где вычисляется гипотенуза: c= √(a2+b2). Как видите, физические и математические величины всегда остаются неизменными. Получается, что активная и реактивная мощность, которая есть в сети и образует общее число S, не такая уж и полезная, а если разделить ее на P и Q, то получим работу разных двигателей, катушек и трансформаторов.

Примечание: на практике активная и реактивная мощности редко совпадают, но это не столь важно. Сразу отметим, что при расчетах в записях технологи чаще всего используют cos phi (cos φ) вместо Var (var). Эта информация для того, чтобы вы не растерялись, столкнувшись с новым определением.

Теперь давайте подытожим то, что мы узнали. Если ток представляет собой не активную, а индуктивную энергию и наоборот, ее необходимо компенсировать или собрать с помощью различных конденсаторов, диодных мостов и т.п. Такой подход позволяет увеличить значение cos φ до 0,7-0,9, т е компенсировать на реактивный эффект. Конечно, для всех расчетов нужна не условная единица измерения активной мощности, а конкретные цифры, но этому с помощью статьи не научиться.

Как правильно рассчитать

Активная мощность, как сделать правильный расчет?

Сила электрического тока влияет на то, насколько быстро устройство может выполнить работу. Например, дорогой обогреватель с удвоенной мощностью нагреет комнату быстрее, чем два дешевых с половинной мощностью. Получается, что выгоднее купить прибор большей мощности, чтобы быстрее нагреть холодное помещение. Но при этом такое устройство будет потреблять значительно больше энергии, чем его более дешевый аналог.

Потребляемая мощность всех приборов в доме также учитывается при выборе кабелей для прокладки в доме. Если не учесть это и потом подключить к сети слишком много устройств, это вызовет перегрузку сети. Провода не смогут выдержать силу электрического тока всех приборов, что приведет к оплавлению изоляции, короткому замыканию и самовозгоранию проводов. В результате может возникнуть пожар, который может привести к непоправимым последствиям.

Вас заинтересуют миллиампер для усилителей

Однофазный синусоидальный ток в электрических цепях рассчитывается по формуле P = U x I x cos φ, где υ и Ι. Их обозначение зашифровано следующим образом: среднеквадратичное значение напряжения и тока, а φ — фазовый угол фаз между ними.

Для цепей несинусоидального тока электрическая емкость равна квадратному корню из суммы квадратов активной и реактивной мощности. Активная производительность характеризуется скоростью, имеющей необратимый характер процесса преобразования электрической энергии в другие виды энергии. Эта емкость может быть рассчитана через ток, напряжение и активную составляющую сопротивления цепи r или ее проводимости, заданную по формуле P = I(2) xr = U(2) x g.

Реактивная сила

Стоит отметить, что:

• резистор использует активную мощность и отдает ее в виде тепла и света.
• индуктивность принимает реактивную мощность и возвращает ее в виде магнитного поля.
• конденсатор принимает реактивную мощность и отдает ее в виде электрического поля.

В любой электрической цепи как синусоидального, так и несинусоидального тока активная мощность всей цепи равна сумме активных воздействий отдельных частей цепи; для трехфазных цепей электрическая емкость определяется как сумма потоков через отдельные фазы. При полной производительности S актив связан соотношением P = S x cos φ.

В теории длинных линий (анализ электромагнитных процессов в линии передачи, длина которой сравнима с длиной электромагнитной волны) полным аналогом активной мощности является переданная мощность, которая определяется как разность между падающей мощностью и отраженная мощность.

Как найти реактивную полную мощность через активную? Эта характеристика, характеризующая нагрузки, создаваемые в электрических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в синусоидальной цепи переменного тока, равна произведению действующих значений напряжения U и тока I на синус фазовый угол φ между ними: Q = U x I x sin φ (если ток отстает от напряжения, сдвиг фазы считается положительным, если опережает — отрицательным).

Обозначение реактивного набора

Формулы и единицы измерения

Единица измерения реактивной мощности такая же, как и полной мощности — вольт-ампер, Вар, а для расчета активной мощности используется единица измерения в виде Вт.

Что такое активная и реактивная мощность в совокупности — так называемая полная мощность. Он рассчитывается по следующей простой формуле:

√ (активная мощность2 + реактивная мощность2)

То есть требуется найти квадратный корень из суммы квадрата активной и квадрата реактивной мощности.

Как найти реактивную мощность:

√ (Полная мощность2 — Активная мощность2)

Это квадратный корень вычитания квадрата активной мощности из квадрата полной мощности. Когда дело доходит до расчета активной мощности, формула применяется соответственно:

√ (Очевидный эффект2 — Реактивный эффект2)

Квадрат вычитания квадрата реактивной мощности из квадрата полной мощности.

В некоторых случаях вам также могут понадобиться другие формулы для точных расчетов. Для однофазных цепей можно использовать свою формулу:

P = VI cos θ

А в трехфазных цепях уже будет работать следующий вариант:

P = √3 VL IL cosθ

Важно! Во всех случаях необходимо тщательно следить за единицами измерения. Киловатты необходимо перевести в ватты еще до расчета по формулам. Киловольт-ампер переводится в вольт-ампер.

Учет реактивной мощности двигателей

70% мощности современного бизнеса зависит от электродвигателейИсточник youtube.com

Теперь посмотрим, как рассчитывается активная энергия для тех же электродвигателей, от которых на 70-80% зависит производительность современного предприятия — они крутят насосы, станки, вентиляторы, конвейеры и так далее и тому подобное. Если это так, то кто-то должен постоянно следить за тем, чтобы энергопотребление не стало внезапно неоправданно высоким. Конечно, такое управление, скорее всего, будет осуществляться компьютером, но не без участия человека (инженера).

Больше всего энергии от реактивной мощности теряется при работе двигателя на холостом ходу, и если для насосов или конвейеров это незначительная часть, то для станков — весьма ощутимая трата реагента. Но порог наиболее эффективной работы электродвигателей находится в пределах 60-100%, а при более низких ценах бесполезное энергопотребление все больше приближается к величине холостого хода. Что это говорит? Дело в том, что при проектировании цеха не следует завышать мощность — на практике это только навредит производству.

Примечание: Мировая практика показывает, что в последнее время технологи ведущих фирм отказываются от фазных роторов и отдают предпочтение асинхронным двигателям с короткозамкнутым ротором.

Треугольник мощностей и cos φ

Для наглядности изобразим полную силу и ее составляющие в виде векторов. Обозначим вектор полной мощности символом S, а векторам активной и реактивной составляющих присвоим символы P и Q соответственно. Поскольку вектор S представляет собой сумму составляющих тока, по правилу сложения векторов образуется треугольник мощности.

Фактор силы

Используя теорему Пифагора, вычисляем модуль вектора S:

Отсюда вы можете найти реактивный компонент:

Реактивный компонент

Мы уже упоминали выше, что реактивный эффект зависит от фазового сдвига, а значит, и от угла этого сдвига. Эту зависимость удобно выразить через cos φ. По определению cos φ = P/S. Это значение называется коэффициентом мощности и обозначается Pf. Таким образом, Pf = cos φ = P/S.

Коэффициент мощности, то есть cos φ, является очень важной характеристикой, позволяющей оценить КПД по току. Это значение находится в диапазоне от 0 до 1.

Если угол фазового сдвига принимает нулевое значение, то cos φ = 1, а значит, P = S, то есть полная мощность состоит только из активной мощности, а реактивности нет. При сдвиге фаз на угол π/2 cos φ = 0, из чего следует, что в цепи преобладают только реактивные токи (на практике такая ситуация не встречается).

Отсюда можно сделать вывод: чем ближе к 1 коэффициент Pf, тем эффективнее используется ток. Например, для синхронных генераторов приемлемым считается коэффициент от 0,75 до 0,85.

Физика процесса

Когда мы имеем дело с цепями постоянного тока, о реактивной мощности говорить не приходится. В таких схемах мгновенные и полные значения мощности совпадают. Исключением являются моменты включения и отключения емкостных и индуктивных нагрузок.

Аналогичная ситуация возникает при наличии чисто активных резисторов в синусоидальных цепях. Но если в такую ​​электрическую цепь включить приборы с индуктивными или емкостными сопротивлениями, то возникает фазовый сдвиг тока и напряжения (см рис. 1).

При этом на индуктивностях наблюдается запаздывание фазы тока, а на емкостных элементах фаза тока сдвинута так, что ток опережает напряжение. Из-за нарушения гармоник тока полная мощность раскладывается на две составляющие. Емкостные и индуктивные составляющие называют реактивными, бесполезными. Вторая составляющая состоит из активных сил.

Рис. 1. Фазовый сдвиг при индуктивной нагрузке

Угол фазового сдвига используется при расчете значений активных и реактивных емкостных или индуктивных сил. Если угол φ = 0, что имеет место при резистивных нагрузках, то реактивная составляющая отсутствует.

Важно помнить:

• сопротивление использует только активную мощность, которая выделяется в виде тепла и света;
• индукторы провоцируют образование реактивной составляющей и возвращают ее в виде магнитных полей;
• Емкостные элементы (конденсаторы) являются причиной реактивного сопротивления.

Практическое истолкование коэффициента мощности

Многие замечают отклонение, когда дело доходит до практической оценки реактивной мощности. Для снижения коэффициента рекомендуется включать конденсаторы большой емкости параллельно обмоткам двигателя. Индуктивное сопротивление уравновешивает емкостное, ток опять падает в соответствии с фазным напряжением. Трудно понять, почему:

1. Предположим, что первичная обмотка трансформатора подключена к источнику переменного напряжения.
2. В идеале активное сопротивление равно нулю. Мощность должна быть реактивной. Но это плохо: угол между напряжением и током пытаются сделать равным нулю!

Фактор силы

Количество энергии, запасаемой полем, определяется величиной индуктивности или емкости. Прочтите в любом учебнике физики для вузов (курс физики Жданова и Маранджяна, т. 2, стр. 234), точнее, она пропорциональна квадрату величины. Теория реактивной мощности предполагает, что некоторая энергия запасается каждый период паразитной индуктивностью, емкостью, а затем поступает во внешнюю цепь. Получается своеобразная циркуляция внутри колебательного контура. Соединительные провода сильно нагреваются, если индуктивность слишком далека от емкости.

Но! Колебательный процесс безразличен к работе двигателей и трансформаторов. Теория реактивной мощности предполагает, что вся энергия колеблется. До последней капли. В трансформаторе-двигателе из поля происходит активная «утечка» энергии для совершения работы, индукция тока во вторичную обмотку. Энергия не может циркулировать между источником и потребителем.

Реальная цепочка затрудняет процесс согласования отдельных участков. Для перестраховки поставщики требуют, чтобы конденсаторы устанавливались параллельно обмотке двигателя, чтобы энергия циркулировала в локальном сегменте, а не уходила и нагревала соединительные провода. Важно избегать гиперкомпенсации. Если емкость конденсаторов слишком велика, батарея вызовет увеличение коэффициента мощности.

Что касается фазового сдвига, то он происходит на вторичной обмотке трансформатора. Это не та роль. Двигатель работает, часть энергии не превращается в полезную работу, она отражается обратно. Результатом является коэффициент мощности. Участвующей составляющей индуктивности является технологический, конструктивный дефект. Часть, которая не является полезной. Компенсируйте это добавлением блоков конденсаторов.

Проверка правильности согласования осуществляется по факту отсутствия сдвига фаз между напряжением и током работающего электродвигателя. Избыточная энергия циркулирует между избыточными индуктивностями обмоток, установленных конденсаторным блоком. Цель обустройства была достигнута – избежать нагрева проводников сети, питающей устройство.

Особенности подключения питания к частному дому

Многие считают, что трехфазная сеть в доме увеличивает потребление электроэнергии. Фактически лимит устанавливается энергоснабжающей организацией и определяется факторами:

• возможности поставщика;
• количество потребителей;
• состояние линии и оборудования.

Для предотвращения скачков напряжения и перекоса фаз их следует нагружать равномерно. Расчет трехфазной системы приблизительный, так как невозможно точно определить, какие именно устройства должны быть подключены в данный момент. Наличие пульсирующих устройств в настоящее время приводит к повышенному расходу энергии при пуске.

Распределительный пункт при трехфазном подключении берется большего размера, чем при однофазном питании. Возможны варианты с установкой небольшого вводного щитка, а остальных — из пластика на каждую фазу и на хозпостройки.

Подключение к автомагистрали осуществляется подземным способом и воздушной линией. Предпочтение отдается последним из-за небольшого объема работ, дешевизны подключения и простоты ремонта.

Теперь удобно сделать воздушную связь с помощью самонесущего изолированного провода (СИП). Наименьшее сечение алюминиевой жилы составляет 16 мм2, что достаточно для частного дома с большим запасом.

СИП крепится к опорам и стене дома при помощи анкерных скоб с хомутами. Соединение с магистральной воздушной линией и подводящим кабелем к электрощиту дома осуществляется хомутами с отводными отверстиями. Кабель выполнен с негорючей изоляцией (ВВГнг) и проложен через металлическую трубу, вставленную в стену.

Различия

Отличие значений в том, что характеристика активной мощности показывает КПД устройств, а реактивная — передачу этого КПД. Различие также наблюдается в определении, символе, формуле и значении.

Вам будет интересно Функции единиц измерения кВт и кВА

Примечание! Что касается значения, то второе нужно только для управления генерируемым напряжением от первого значения и преодоления колебаний тока.

Смысл реактивной нагрузки

Любая реактивная нагрузка создает временной сдвиг между фазами тока и напряжения. Это значение измеряется в градусах. Наиболее очевидным является векторное представление электрических параметров. Если подключить индуктивность, то напряжение будет опережать ток. Угол между ними обозначается в формулах буквой «ϕ» («Фи» по-гречески.).

На временной и векторной диаграммах показано, как изменяются основные параметры при подключении индуктивных (емкостных) элементов

На картинке видно, что при подключении емкостной нагрузки происходит «переключение» векторов местами. В идеальных условиях сдвиг между векторами составляет 90°. На самом деле следует учитывать влияние электрического сопротивления цепи, несовершенство конструкций. Рассматривая характеристики элементов, следует помнить, что в индуктивности (емкости) при сохранении параметров источника тока ток (напряжение) изменяется плавно.

Смысл реактивной нагрузки

Что такое реактивная мощность в пересчете на производство, так это потеря средств. Как только он станет повышенным, бизнес может начать тратить на электроэнергию больше, чем рассчитывал изначально.

Полная мощность должна включать как можно меньше работы на холостом ходу, нормальным считается 60% и более. Важно все перенаправить таким образом, чтобы избежать перегрева сетевых проводников. Чаще всего это достигается установкой устройства, называемого конденсаторным блоком.

Что такое реактивная мощность — мощность, которая появляется в тех сетях, где есть реактивные элементы. Энергия запасается в цепи, после чего возвращается обратно.

Таким образом, в процессе работы устройства нагреваются, что видно по длительной эксплуатации даже такого слаботочного предмета повседневного обихода, как зарядное устройство для смартфона.

Для электроприбора это нормальный коэффициент реактивной мощности. Обычно он составляет от 0,9 до 0,5. Производители указывают его в инструкции по применению или в паспорте устройства.

Смысл реактивной нагрузки в том, что она создает временной сдвиг между фазами напряжения и тока. Расчеты и использование формул расчета реактивной мощности позволяют не только добиться высокой производительности устройств при меньших энергозатратах, но и помогают избежать аварийных ситуаций.

Часто возникает вопрос о том, как правильно определить коэффициент реактивной мощности в случае бытовых электрических сетей перед бытовым счетчиком.

Для этого используется формула:

tgφ = Q/P = Eq/Ew

В этом случае Ew — активная мощность, а Eq — уже реактивная мощность.