Téměř každý se v každodenním životě setkává s pojmem „elektrická energie“, „spotřeba energie“ nebo „kolik elektřiny tato věc spotřebuje“. V této sbírce vysvětlíme pojem elektrický výkon střídavého proudu pro technicky zdatné specialisty a na obrázku ukážeme elektrický výkon v podobě „kolik elektřiny tato věc spotřebuje“ pro lidi s humanitním smýšlením :-). Odhalujeme nejpraktičtější a nejpoužitelnější koncept elektrického výkonu a záměrně se vyhýbáme popisu diferenciálních vyjádření elektrického výkonu.
Obsah
- CO JE TO AC NAPÁJENÍ?
- Aktivní výkon (skutečný výkon)
- Reaktivní síla
- Zdánlivá síla
- Popis videa
- Co to znamená
CO JE TO AC NAPÁJENÍ?
Ve střídavých obvodech lze vzorec pro stejnosměrný výkon použít pouze k výpočtu okamžitého výkonu, který se v čase velmi mění a pro praktické výpočty je nepoužitelný. Přímý výpočet průměrného výkonu vyžaduje integraci v čase. Pro výpočet výkonu v obvodech, kde se napětí a proud periodicky mění, lze průměrný výkon vypočítat integrací okamžitého výkonu za dané období. V praxi má největší význam výpočet výkonu v obvodech střídavého sinusového napětí a proudu.
Aby bylo možné propojit pojmy celkový, činný, jalový výkon a účiník, je vhodné obrátit se na teorii komplexních čísel. Můžeme předpokládat, že výkon v obvodu střídavého proudu je vyjádřen komplexním číslem tak, že činný výkon je jeho reálná část, jalový výkon je imaginární část, zdánlivý výkon je modul a úhel φ (fázový posun) je argument. Pro takový model platí všechny níže uvedené vztahy.
Aktivní výkon (skutečný výkon)
Jednotkou měření je watt (ruské označení: W, kilowatt – kW; mezinárodní: watt -W, kilowatt – kW).
Průměrná hodnota okamžitého výkonu za periodu T se nazývá činný výkon a
V jednofázových sinusových proudových obvodech, kde υ a Ι jsou efektivní hodnoty napětí a proudu a φ je úhel fázového posunu mezi nimi.
U nesinusových proudových obvodů je elektrický výkon roven součtu odpovídajících průměrných výkonů jednotlivých harmonických. Činný výkon charakterizuje rychlost nevratné přeměny elektrické energie na jiné druhy energie (tepelné a elektromagnetické). Činný výkon lze také vyjádřit proudem, napětím a činnou složkou odporu obvodu r nebo jeho vodivostí g podle vzorce. V libovolném elektrickém obvodu sinusového i nesinusového proudu je činný výkon celého obvodu roven součtu činných výkonů jednotlivých částí obvodu, u třífázových obvodů je elektrický výkon definován jako součet mocnin jednotlivých fází. S celkovým výkonem S je činný vztažen vztahem.
V teorii dlouhých vedení (analýza elektromagnetických procesů v přenosovém vedení, jehož délka je srovnatelná s délkou elektromagnetické vlny) je úplným analogem činného výkonu přenášený výkon, který je definován jako rozdíl mezi dopadajícím výkon a odražený výkon.
Reaktivní síla
Jednotkou měření je jalový voltampér (ruské označení: var, kVAR; mezinárodní: var).
Jalový výkon je veličina charakterizující zátěže vznikající v elektrických zařízeních kolísáním energie elektromagnetického pole v sinusovém obvodu střídavého proudu, rovna součinu efektivních hodnot napětí U a proudu I, násobených sinusem fázový úhel φ mezi nimi:
(pokud proud zaostává za napětím, je fázový posun považován za kladný, pokud vede, je považován za negativní). Jalový výkon je vztažen k celkovému výkonu S a činnému výkonu P poměrem: .
Fyzikální význam jalového výkonu je energie čerpaná ze zdroje do jalových prvků přijímače (tlumivky, kondenzátory, vinutí motoru) a poté vrácena těmito prvky zpět do zdroje během jedné periody oscilace, vztažené k této periodě.
Je třeba poznamenat, že hodnota sin φ pro hodnoty φ od 0 do plus 90° je kladná hodnota. Hodnota sin φ pro hodnoty φ od 0 do mínus 90° je záporná hodnota. Podle vzorce
jalový výkon může být buď kladná hodnota (pokud je zátěž svou povahou aktivní-indukční) nebo záporná (pokud je zátěž svou povahou aktivní-kapacitní). Tato okolnost zdůrazňuje skutečnost, že jalový výkon se nepodílí na provozu elektrického proudu. Když má zařízení kladný jalový výkon, je zvykem říkat, že jej spotřebovává, a když produkuje záporný výkon, vyrábí jej, ale to je čistě konvence vzhledem k tomu, že většina zařízení spotřebovávajících energii (například asynchronní motory), stejně jako čistě aktivní zátěže, jsou připojeny přes transformátor, jsou aktivní-indukční.
Synchronní generátory instalované v elektrárnách mohou vyrábět i spotřebovávat jalový výkon v závislosti na velikosti budícího proudu protékajícího vinutím rotoru generátoru. Díky této vlastnosti synchronních elektrických strojů je regulována stanovená úroveň síťového napětí. Pro eliminaci přetížení a zvýšení účiníku elektrických instalací se provádí kompenzace jalového výkonu.
Použití moderních elektrických měřicích převodníků na mikroprocesorové technologii umožňuje přesnější posouzení množství energie vrácené z indukční a kapacitní zátěže do zdroje střídavého napětí.
Zdánlivá síla
Jednotkou celkového elektrického výkonu je voltampér (ruské označení: VA, VA, kVA-kilo-volt-ampér; mezinárodní: V A, kVA).
Celkový výkon je hodnota rovna součinu efektivních hodnot periodického elektrického proudu I v obvodu a napětí U na jeho svorkách: ; poměr celkového výkonu k činnému a jalovému výkonu je vyjádřen ve tvaru: kde P je činný výkon, Q je jalový výkon (při indukční zátěži Q›0 a při kapacitní zátěži Q‹0).
Celkový výkon má praktický význam jako hodnota, která popisuje zátěže, které spotřebitel skutečně klade na prvky napájecí sítě (vodiče, kabely, rozvodné desky, transformátory, elektrické vedení), protože tato zátěž závisí na spotřebovaném proudu, nikoli na energii skutečně spotřebovanou spotřebitelem. To je důvod, proč se celkový výkon transformátorů a rozvodných desek měří ve voltampérech spíše než ve wattech.
Všechny výše uvedené formulační a textové popisy celkových, reaktivních a činných výkonů jsou vizuálně a intuitivně jasné na následujícím obrázku?
Specialisté společnosti NTS-group (TM PowerSol) mají rozsáhlé zkušenosti s výběrem specializovaných zařízení pro systémy budov pro zajištění nepřetržitého napájení životně důležitých zařízení. Jsme schopni co nejefektivněji zohlednit velké množství elektrických a provozních parametrů, které ovlivňují výběr zařízení. Výrobci UPS a elektrických generátorů musí v dokumentaci uvést celkový a činný výkon. Výrobci stabilizátorů napětí obvykle udávají koeficient 1(kW=kVA). Specialisté NTS-GROUP vám pomohou porozumět technickým vlastnostem a koupit UPS co nejpohodlněji. I přesto, že máme velký výběr stabilizátorů napětí pro váš domov nebo kancelář, pomůžeme vám najít přesně ten, který potřebujete.
Začněme tím, že aktivní a reaktivní síla jsou stálými společníky našich životů, ačkoli naprostá většina občanů kterékoli země jí prostě nevěnuje pozornost. Navíc asociace, které budou mít mnozí lidé, když slyší nebo čte slovo „tryskové“, budou vypadat jako proudové turbíny a z velké části jako moderní letadla, která lze vidět ve filmech. To je samozřejmě daleko od pravdy, proto je nejprve lepší tyto pojmy pochopit na jednoduchém příkladu ze života.
Leg BC – činný výkon, noha AC – jalový výkon, přepona AB – zdánlivý výkon Zdroj wikipedia.org
Příklad dvou nerozlučných sester (říkejme jim Valya a Dasha), které spolu v létě přišly na venkovskou chatu, nám pomůže pochopit, co je aktivní a reaktivní síla, protože si nedokážou představit život jedna bez druhé. Po příjezdu šla Valya do stodoly, vzala lopatu, motyku, hrábě, pytel na odpadky (kbelík) a šla pracovat na pozemku. Dáša se ale rozhodla využít výjezd z města jako příležitost k relaxaci, a tak celý den skákala, bavila se, ležela na kozlíku pod stromem a užívala si čerstvého vzduchu. Ukazuje se, že Valya v tomto případě představuje činný výkon (P kW) a Dasha představuje jalový výkon (Q kvar), i když dohromady vypadají jako brigáda nebo plný výkon. Na obrázku trojúhelníku výše bude Valya představovat nohu BC, Dasha bude představovat nohu AC a obě sestry na místě budou představovat přeponu AB (pamatujte si tento příklad – připomeneme si ho později).
Popis videa
Jednoduše řečeno o jalovém výkonu.
Co to znamená
Ve střídavých sítích, které dnes používá naprosto celý svět, se bez činných a jalových výkonů neobejdete – jsou na sobě závislé a dokonce nezbytné. Aktivní elektřinou se rozumí napětí, které vzniká v tepelných elektrárnách, státních okresních elektrárnách, jaderných elektrárnách, mobilním generátoru stojícím v garáži atd. – jde ke spotřebiteli (do továren, továren, k nám domů) a napájí všechny elektrospotřebiče ze sítě ≈220-380 V. Přitom funkcí jalové složky celkového proudu je bezcílně bloudit od zdroje ke spotřebiteli a zpět. Odkud se tedy tato zdánlivě zbytečná látka bere?
Jde o to, že v našich domovech, podnicích a jakýchkoliv jiných elektrifikovaných objektech jsou zařízení s indukčními cívkami (můžeme vzít například stator motoru), kde neustále vznikají magnetická pole. To znamená, že některé z nich otáčejí rotorem (kotvou) a některé se vracejí zpět a tak dále ad infinitum, dokud dochází k pohybu aktivní energie. Dobře to demonstruje džbánek čerstvého piva: člověk vypije s tekutinou jen malou část pěny a zbytek nechá ve sklenici nebo sfoukne na zem. Jenže právě tato pěna je produktem kvašení (indukce), bez kterého pivo vůbec nebude.
Nyní můžeme shrnout první závěr v pochopení tématu: pokud existuje indukční zátěž (a ta existuje vždy), pak se zcela jistě objeví jalový proud spotřebovaný indukcí, která jej sama vytváří. To znamená, že indukce generuje jalový výkon, pak jej spotřebovává, znovu generuje a tak dále neustále, ale v tom spočívá jeden problém. K pohybu reaktivní látky tam a zpět je potřeba aktivní energie, která se spotřebovává v důsledku neustálého pohybu elektronů po drátech (zahřívání drátů).
Můžeme dojít k závěru, že činný výkon generátoru je úplným opakem jalového, zdánlivě zbytečného výkonu? Ale to není pravda. Pamatujte, že sestry jsou od sebe neoddělitelné, protože se milují a nikdo nebude pít pivo bez pěny a nápoj bez ní nebude moci kvasit. Totéž lze říci o jalovém výkonu – bez něj není možné vytvořit magnetická pole, takže tato síla bude muset být brána v úvahu. Pak ale vstoupily do hry mozkové závity vynálezců, kteří se rozhodli zmenšit územní prostor (nejezdit po drátech tam a zpět) této ne zcela jasné hmoty a vyrábět ji v těsné blízkosti předmětu spotřeby.
Za názorný příklad si můžete vzít známý elektrický fén, který má motor, který otáčí hřídel s lopatkami – říká se tomu turbína pro přívod horkého vzduchu. Aby se tedy vedení odlehčilo od zbytečného běhání činidla ze stanice ke spotřebiteli a zpět, je do těla zařízení zabudován kondenzátor požadované kapacity. Představte si stejnou elektrickou svařovnu nebo soustružnu s desítkami výkonných strojů – jaký potenciál uvolňuje jalový proud ke zvýšení účinnosti. Technicky se instalace kondenzátorů nebo jiných statických kompenzačních prvků nazývá kompenzace jalového výkonu. Ukazuje se, že činný a jalový výkon jsou dvě neoddělitelně spojené veličiny.
Generátory v elektrárnách jakéhokoli typu mohou také vyrábět jalový výkon. K tomu stačí změnit budicí proud (přebuzení, podbuzení) a generátor bude dodavatelem i odběratelem této hodnoty. Ale to jsou jen fyzikální zákony, které v tomto případě nejsou pro lidi příliš výhodné, proto je nejlepší přenést kapacitu úložiště a uvolnění co nejblíže ke zdroji – do těla zařízení (jednotky) nebo do výrobní dílny.
