Jalový výkon určuje periodickou výměnu elektrické energie mezi zdrojem a elektrickým přijímačem s dvojnásobnou frekvencí vzhledem k frekvenci střídavého proudu bez přeměny na jiný druh energie a lze ji považovat za charakteristiku rychlosti výměny elektrické energie mezi zdroj a magnetické pole elektrického přijímače.
Celková energie spojená s existencí této okamžité výkonové složky je nulová. Jeho vzhled je zjevně spojen s přítomností prvků v systému výroby, přenosu a distribuce elektřiny, ve kterých je možná periodická akumulace a následný návrat určitého množství energie. Jinak by výměna elektrické energie mezi zdrojem a napájecím přijímačem byla nemožná.
Fyzika procesu a praxe použití kompenzačních jednotek jalového výkonu
Abychom pochopili pojem jalový výkon, připomeňme si nejprve, co je elektrický výkon. Elektrická energie je fyzikální veličina, která charakterizuje rychlost výroby, přenosu nebo spotřeby elektrické energie za jednotku času.
Čím větší výkon, tím více práce zvládne elektroinstalace za jednotku času. Výkon se měří ve wattech (součin voltů x ampérů). Okamžitý výkon je součin okamžitých hodnot napětí a proudu v některé části elektrického obvodu.
Fyzika procesů
Ve stejnosměrných obvodech se hodnoty okamžitého a průměrného výkonu za určité časové období shodují a koncept jalového výkonu chybí. Ve střídavých obvodech k tomu dochází pouze v případě, že je zátěž čistě odporová. Jedná se například o elektrický ohřívač nebo žárovku. Při takové zátěži ve střídavém obvodu se fáze napětí a fáze proudu shodují a veškerý výkon se přenáší na zátěž.
Pokud je zátěž indukční (transformátory, elektromotory), pak se proud opožďuje ve fázi s napětím, pokud je zátěž kapacitní (různá elektronická zařízení), pak proud vede ve fázi s napětím. Protože proud a napětí jsou mimo fázi (jalová zátěž), je na zátěž (spotřebič) přenesena pouze část výkonu (celkový výkon), která by mohla být přenesena na zátěž, pokud by fázový posun byl nulový (odporová zátěž).
Aktivní a jalový výkon
Nazývá se část celkového výkonu, kterou bylo možné přenést na zátěž během periody střídavého proudu činný výkon. Rovná se součinu efektivních hodnot proudu a napětí a kosinu fázového úhlu mezi nimi (cos φ).
Výkon, který nebyl přenesen do zátěže, ale vedl ke ztrátám v důsledku ohřevu a sálání, se nazývá reaktivní síla. Rovná se součinu efektivních hodnot proudu a napětí a sinu fázového úhlu mezi nimi (sin φ).
To znamená, že jalový výkon je veličina charakterizující zátěž. Měří se v reaktivních voltampérech (var). V praxi se častěji setkáváme s pojmem kosinus fí jako veličina charakterizující kvalitu elektroinstalace z hlediska úspory energie.
Čím vyšší je cos φ, tím více energie dodané ze zdroje dosáhne zátěže. To znamená, že můžete použít méně výkonný zdroj a plýtvat méně energií.
Jalový výkon lze považovat za charakteristiku rychlosti výměny elektrické energie mezi zdrojem a magnetickým polem elektrického přijímače. Na rozdíl od činného výkonu nevykonává jalový výkon přímo užitečnou práci, slouží k vytváření střídavých magnetických polí v indukčních elektrických přijímačích (například v asynchronních motorech, výkonových transformátorech atd.), které nepřetržitě cirkulují mezi zdrojem a elektrickými přijímači, které jej spotřebovávají. .
Jalový výkon domácích spotřebitelů
Střídaví spotřebitelé tedy mají takový parametr, jako je účiník cosφ.
V grafu je proud posunut o 90° (pro přehlednost), tedy o čtvrtinu periody. Například elektrické zařízení má cosφ = 0,8, což odpovídá úhlu arccos 0,8 ≈ 36.8°. K tomuto posunu dochází v důsledku přítomnosti nelineárních složek ve spotřebiči elektřiny – kapacit a indukčností (například vinutí elektromotorů, transformátorů a elektromagnetů).
Pro další pochopení toho, co se děje, je nutné vzít v úvahu skutečnost, že čím vyšší je účiník (maximálně 1), tím efektivněji spotřebitel využívá elektřinu přijatou ze sítě (to znamená, že více energie se přemění na užitečnou práci). ) – taková zátěž se nazývá odporová.
Při odporové zátěži se proud v obvodu shoduje s napětím. A s nízkým účiníkem se zátěž nazývá reaktivní, to znamená, že část spotřebované energie nevykonává užitečnou práci.
Níže uvedená tabulka ukazuje klasifikaci spotřebičů podle účiníku.
Klasifikace AC spotřebičů
V následující tabulce je uveden účiník běžných domácích spotřebičů elektřiny.
Účiník domácích elektrických spotřebičů
Elektrikář humor
Co je to jalový výkon? Vše je velmi jednoduché!
Metody kompenzace jalového výkonu
Z výše uvedeného vyplývá, že pokud je zátěž indukční, pak by měla být kompenzována pomocí kondenzátorů (kondenzátorů), a naopak kapacitní zátěž je kompenzována pomocí indukčností (tlumivky a tlumivky). To pomáhá zvýšit kosinus phi (cos φ) na přijatelné hodnoty 0.7-0.9. Tento proces se nazývá kompenzace jalového výkonu.
Ekonomický efekt kompenzace jalového výkonu
Ekonomický efekt zavedení kompenzačních jednotek jalového výkonu může být velmi velký. Podle statistik se pohybuje od 12 do 50 % plateb za elektřinu v různých regionech Ruska. Instalace kompenzace jalového výkonu se vyplatí maximálně za rok.
U projektovaných zařízení umožňuje zavedení kondenzátorové jednotky ve fázi vývoje úsporu nákladů na kabelová vedení zmenšením jejich průřezu. Například automatická instalace kondenzátoru může zvýšit cos φ z 0.6 na 0.97.
Závěry
Instalace kompenzace jalového výkonu tedy přinášejí hmatatelné finanční výhody. Také udržují zařízení v provozuschopném stavu déle.
Zde je několik důvodů, proč k tomu dochází.
1. Snížení zátěže výkonových transformátorů a tím zvýšení jejich životnosti.
2. Snížení zátěže vodičů a kabelů, možnost použití kabelů menšího průřezu.
3. Zlepšení kvality elektřiny na elektrických přijímačích.
4. Vyloučení možnosti pokut za snížení cos φ.
5. Snížení úrovně vyšších harmonických v síti.
6. Snížená spotřeba energie.
Doufám, že vám tento článek pomohl. Podívejte se také na další články z kategorie Elektrická energie doma a v práci » Pomoc začínajícím elektrikářům
Výkonové charakteristiky instalace nebo sítě jsou základní pro většinu známých elektrických spotřebičů. Činný výkon (přenášený, spotřebovaný) charakterizuje část celkového výkonu, která je přenášena za určitou dobu frekvence střídavého proudu.
Definice
Pouze střídavý proud může mít činný a jalový výkon, protože síťové charakteristiky (proud a napětí) stejnosměrného proudu jsou vždy stejné. Jednotkou měření činného výkonu je Watt, zatímco jalový výkon se měří jalovým voltampérem a kiloVAR (kVAR). Za zmínku stojí, že plnou i aktivní charakteristiku lze měřit v kW a kVA, záleží na parametrech konkrétního zařízení a sítě. V průmyslových obvodech se nejčastěji měří v kilowattech.
Elektrotechnika využívá aktivní složku k měření přenosu energie jednotlivých elektrických zařízení. Podívejme se, kolik energie některé z nich spotřebují:
| Zařízení | Výkon domácích spotřebičů, W/hod |
| nabíječka | 2 |
| Zářivka DRL | Z 50 |
| Akustický systém | 30 |
| Rychlovarná konvice | 1500 |
| Pračka | 2500 |
| Poloautomatický invertor | 3500 |
| Vysokotlaká myčka | 3500 |
Na základě všeho výše uvedeného je činný výkon pozitivní charakteristikou konkrétního elektrického obvodu, což je jeden z hlavních parametrů pro výběr elektrických spotřebičů a řízení spotřeby elektřiny.
Generování aktivních komponent
Označení reaktivní složky:
Jedná se o jmenovitou hodnotu, která charakterizuje zatížení v elektrických zařízeních pomocí EMF kolísání a ztrát během provozu zařízení. Jinými slovy, přenášená energie jde do konkrétního jalového měniče (jedná se o kondenzátor, diodový můstek atd.) a projevuje se pouze v případě, že systém tuto součástku obsahuje.
Výpočet
Chcete-li zjistit indikátor činného výkonu, potřebujete znát celkový výkon, pro jeho výpočet se používá následující vzorec:
S = UI, kde U je síťové napětí a I je síťový proud.
Stejný výpočet se provádí při výpočtu úrovně přenosu energie cívky se symetrickým připojením. Diagram vypadá takto:
Symetrický diagram zatížení
Výpočet činného výkonu bere v úvahu fázový úhel nebo koeficient (cos φ), pak:
Velmi důležitým faktorem je, že tato elektrická veličina může být kladná nebo záporná. Záleží na tom, jaké vlastnosti má cos φ. Pokud je úhel fázového posunu sinusového proudu v rozsahu od 0 do 90 stupňů, pak je činný výkon kladný, pokud od 0 do -90, pak je záporný. Pravidlo platí pouze pro synchronní (sinusový) proud (používá se k provozu asynchronního motoru nebo zařízení obráběcího stroje).
Jedním z charakteristických rysů této charakteristiky je také to, že v třífázovém obvodu (například transformátor nebo generátor) je aktivní indikátor zcela generován na výstupu.
Výpočet třífázové sítě
Maximální a činný výkon je označen P, jalový výkon Q.
Vzhledem k tomu, že reaktivní je určena pohybem a energií magnetického pole, má jeho vzorec (s přihlédnutím k úhlu fázového posunu) následující tvar:
Pro nesinusový proud je velmi obtížné zvolit standardní parametry sítě. Pro stanovení požadovaných charakteristik pro účely výpočtu činného a jalového výkonu se používají různé měřicí přístroje. Jedná se o voltmetr, ampérmetr a další. Na základě úrovně zatížení se vybere požadovaný vzorec.
Vzhledem k tomu, že reaktivní a aktivní charakteristiky jsou vztaženy k celkovému výkonu, je jejich vztah (rovnováha) následující:
S = √P 2 + Q 2 a to vše se rovná U*I.
Pokud ale proud prochází přímo reaktancí. V síti nejsou žádné ztráty. To je určeno indukční indukční složkou – C a odporem – L. Tyto indikátory se vypočítají pomocí vzorců:
Indukční odpor: xL = ωL = 2πfL,
Kapacitní odpor: xc = 1/(ωC) = 1/(2πfC).
Pro stanovení poměru činného a jalového výkonu se používá speciální koeficient. Jedná se o velmi důležitý parametr, pomocí kterého můžete určit, jaká část energie je využita pro jiné účely nebo se „ztratí“ během provozu zařízení.
Pokud je v síti aktivní jalová složka, je nutné vypočítat účiník. Tato veličina nemá žádné měrné jednotky, charakterizuje konkrétní proudový spotřebič, pokud elektrický systém obsahuje reaktivní prvky. Pomocí tohoto indikátoru je jasné, kterým směrem a jak se energie posouvá vzhledem k síťovému napětí. K tomu budete potřebovat schéma trojúhelníku napětí:
Diagram stresového trojúhelníku
Pokud je například kondenzátor, vzorec koeficientu je následující:
Pro získání co nejpřesnějších výsledků se doporučuje získané údaje nezaokrouhlovat.
Kompenzace
Vzhledem k tomu, že když proudy rezonují, je jalový výkon 0:
Q = QL – QC = ULI – UCI
Aby se zlepšila kvalita provozu konkrétního zařízení, používají se speciální zařízení, která minimalizují dopad ztrát na síť. Konkrétně se jedná o UPS. Toto zařízení nevyžaduje elektrické spotřebiče s vestavěnou baterií (například notebooky nebo přenosná zařízení), ale pro většinu ostatních je nezbytný nepřerušitelný zdroj napájení.
Při instalaci takového zdroje můžete nejen určit negativní důsledky ztrát, ale také snížit náklady na platbu elektřiny. Odborníci prokázali, že UPS v průměru pomůže ušetřit od 20 % do 50 %. Proč se tohle děje:
- Zatížení výkonových transformátorů je výrazně sníženo;
- Dráty se méně zahřívají, to má nejen pozitivní vliv na jejich provoz, ale také zvyšuje bezpečnost;
- Signalizační a rádiová zařízení mají snížené rušení;
- Harmonické v elektrické síti jsou řádově sníženy.
V některých případech specialisté nepoužívají plnohodnotné UPS, ale speciální kompenzační kondenzátory. Jsou vhodné pro domácí použití, dostupné a prodávané v každém elektroprodejně. Pro výpočet plánovaných a přijatých úspor můžete použít všechny výše uvedené vzorce.
