Что такое активная, реактивная и полная мощность

Содержание

На что влияет коэффициент мощности?

Чем выше коэффициент мощности, тем лучше, так как меньше величина потерь:

Устройства, подключенные к сети переменного тока, оказывают на нее влияние не только тем, что потребляют из нее энергию, но и тем, что отдают ее в сеть из-за наличия собственной индуктивности и емкости, либо наличием собственной ЭДС (например, у электродвигателя). которая связана с периодическим накоплением-отдачей электрической энергии.

В нагрузке, на 100% потребляющей энергию из сети переменного тока, значение cos φ равно единице. Генератор, полностью отдающий в сеть энергию имеет фактор мощности, равный минус единице. В остальных случаях в сети происходят потери энергии на нагрев проводов, а также генерацию электромагнитного поля.

Так как компьютерная техника, выполняющая вычисления для майнинга криптовалют потребляет очень большие токи, то влияние фактора, определяющего коэффициент мощности очень велико. Оно проявляется не только в потерях электрической энергии, теряющейся на нагрев проводов и создание электромагнитного поля, но и в появлении искажений синусоидальной формы тока в сети, что негативно влияет на другие устройства, подключенные к этой же сети.

В городских условиях, когда к одному сегменту сети подключено множество мощных устройств, блоки питания которых работают в импульсном режиме такое влияние суммируется, что приводит к появлению всплесков напряжения, сбоям в работе компьютеров и другим негативным последствиям.

Для компенсации токов, возникающих из-за влияния фактора мощности (для потребителей это увеличение значения cos φ максимально близко к единице) в импульсных блоках питания устанавливают специальные узлы PFC (Power Factor Control). Подробнее об их работе речь идет в отдельной статье.

Треугольник мощностей и cos φ

Для наглядности изобразим полную мощность и её составляющие в виде векторов (см. рис. 2). Обозначим вектор полной мощности символом S, а векторам активной и реактивной составляющей присвоим символы P и Q, соответственно. Поскольку вектор S является суммой составляющих тока, то, по правилу сложения векторов, образуется треугольник мощностей.

Рис. 2. коэффициент мощности

Применяя теорему Пифагора, вычислим модуль вектора S:

Отсюда можно найти реактивную составляющую:

Реактивная составляющая

Выше мы уже упоминали, что реактивная мощность зависит от сдвига фаз, а значит и от угла этого сдвига. Эту зависимость удобно выражать через cos φ. По определению cos φ = P/S. Данную величину называют коэффициентом мощности и обозначают Pf. Таким образом, Pf = cos φ = P/S.

Коэффициент мощности, то есть cos φ, является очень важной характеристикой, позволяющей оценить эффективность работы тока. Данная величина находится в промежутке от 0 до 1

Если угол сдвига фаз принимает нулевое значение, то cos φ = 1, а это значит что P = S, то есть полная мощность состоит только из активной мощности, а реактивность отсутствует. При сдвиге фаз на угол π/2 , cos φ = 0, откуда следует, что в цепи господствуют только реактивные токи (на практике такая ситуация не возникает).

Из этого 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.

Коррекция вне петли обратной связи

Вопрос. Существует ли более простая схема коррекции, с меньшим числом компонентов?

Ответ. Да, есть более простой путь: использование одного внешнего (для петли обратной связи) резистора последовательно с выходом. Это эффективный метод, но он может ухудшить показатели производительности схемы (рисунок 8).

Рисунок 8 – Внешний резистор Rпосл изолирует петлю обратной связи усилителя от емкостной нагрузки

Здесь резистор Rпосл расположен между выходом и нагрузкой. Основное назначение этого резистора – изолировать выход операционного усилителя и цепь обратной связи от емкостной нагрузки. Он вносит в передаточную функцию цепи обратной связи ноль, который уменьшает фазовый сдвиг в петле на высоких частотах. Для уверенности в том, что схема будет устойчивой, величину Rпосл нужно выбрать так, чтобы ноль, который он добавляет, располагался не менее чем на декаду ниже частоты единичного усиления. Требуемое значение последовательного сопротивления зависит, в первую очередь, от выходного импеданса используемого усилителя. Сопротивления от 5 до 50 Ом обычно достаточно, чтобы предотвратить неустойчивость. На рисунке 9 показан отклик на выходе OP1177 с нагрузкой 2 нФ и размахом сигнала на неинвертирующем входе 200 мВ от пика до пика. На рисунке 10 показан отклик на выходе при тех же условиях, но с 50-омным резистором между выходом ОУ и нагрузкой.

Рисунок 9 – Отклик на выходе OP1177, включенного по схеме повторителя, с емкостной нагрузкой (обратите внимание на высокочастотные переходные процессы)Рисунок 10 – Отклик на выходе OP1177 с 50-омным последовательным резистором (обратите внимание на уменьшение переходных процессов)

Выходной сигнал будет ослабляться пропорционально отношению сопротивления последовательного резистора к его сумме с сопротивлением нагрузки. Это потребует большего размаха сигнала на выходе усилителя для достижения заданного коэффициента усиления. Нелинейная или переменная нагрузка будет влиять на форму и амплитуду выходного сигнала.

Треугольник мощностей и cos φ

Для наглядности изобразим полную мощность и её составляющие в виде векторов (см. рис. 2). Обозначим вектор полной мощности символом S, а векторам активной и реактивной составляющей присвоим символы P и Q, соответственно. Поскольку вектор S является суммой составляющих тока, то, по правилу сложения векторов, образуется треугольник мощностей.


Рис. 2. коэффициент мощности

Применяя теорему Пифагора, вычислим модуль вектора S:

Отсюда можно найти реактивную составляющую:

Реактивная составляющая

Выше мы уже упоминали, что реактивная мощность зависит от сдвига фаз, а значит и от угла этого сдвига. Эту зависимость удобно выражать через cos φ. По определению cos φ = P/S. Данную величину называют коэффициентом мощности и обозначают Pf. Таким образом, Pf = cos φ = P/S.

Коэффициент мощности, то есть cos φ, является очень важной характеристикой, позволяющей оценить эффективность работы тока. Данная величина находится в промежутке от 0 до 1

Если угол сдвига фаз принимает нулевое значение, то cos φ = 1, а это значит что P = S, то есть полная мощность состоит только из активной мощности, а реактивность отсутствует. При сдвиге фаз на угол π/2 , cos φ = 0, откуда следует, что в цепи господствуют только реактивные токи (на практике такая ситуация не возникает).

Из этого 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.

Виды мощностей

Мощностью называется измеряемая физическая величина, которая равна скорости изменения с преобразованием, передачей или потреблением системной энергии. Согласно более узкому понятию, это показатель, который равен отношению затраченного времени на работы к самому периоду, который тратится на работу. Обозначается в механике символом N. В электротехнической науке используется буква P. Нередко можно увидеть также символ W, от слова ватт.

Мощность переменного тока -это произведение силы тока с напряжением и косинусом сдвига фаз. При этом беспрепятственно можно посчитать только активную и реактивную разновидность. Узнать полное мощностное значение можно через векторную зависимость этих показателей и площади.

Основные мощностные разновидности

Активная мощность

Активной называется полезная сила, определяющая процесс прямого преобразования электроэнергии в необходимый вид силы. В каждом электроприборе преобразовывается она по-своему. К примеру, в лампочке получается свет с теплом, в утюге — тепло, а в электрическом двигателе — механическая энергия. Соответственно, показывает КПД устройства.

Активная разновидность

Реактивная мощность

Реактивной называется та, которая определяется при помощи электромагнитного поля. Образуется при работе электроприборов

Обратите внимание! Это вредная и паразитная мощностная характеристика, которая определяется тем, каков характер нагрузки. Для лампочки она равняется нулю, а для электродвигателя она может быть равна большим значением. Разница между величинами в том, что активно действующая мощностная характеристика показывает КПД устройств, а реактивная является передачей этого КПД

Разница также наблюдается в определении, символе, формуле и значимости

Разница между величинами в том, что активно действующая мощностная характеристика показывает КПД устройств, а реактивная является передачей этого КПД. Разница также наблюдается в определении, символе, формуле и значимости.

Обратите внимание! Что касается значения, то вторая нужна лишь для того, чтобы управлять создавшимся напряжением от первой величины и преодолевать мощностные колебания. Обе измеряются в ваттах и имеют большое значение в электромагнитном излучении, механической форме генератора или акустической волне. Активно применяются в промышленности

Активно применяются в промышленности.

Реактивная разновидность

Полная мощность

Полная — это сумма активной с реактивной мощностью. Равна сетевому мощностному показателю. Это произведение напряжения с током в момент игнорирования фазы угла между ними. Вся рассеиваемая с поглощаемой и возвращаемой энергией — это полная энергия.

Это произведение напряжения и тока, единица измерения которого это ватт, перемноженный на ампер. При активности цепи, полная равняется активной. Если речь идет об индуктивной или емкостной схеме, то полная больше, чем активная.

Полная разновидность

Комплексная мощность

Это сумма всех мощностных показателей фаз источника электроэнергии. Это комплексный показатель, модуль которого равняется полному мощностному показателю электроцепи. Аргументом является фазовый сдвиг между электротоком с сетевым напряжением. Может быть выражена уравнением, где суммарный мощностный показатель, который генерируют источники электроэнергии, равен суммарному мощностному показателю, который потребляется в электроцепи.

Обратите внимание! Вычисляется посредством использования соответствующей формулы. Так, необходимо комплексное напряжение перемножить на комплексны ток или же удвоенное значение комплексного тока перемножить на импеданс. Также можно удвоенное значение комплексного напряжения поделить на удвоенное значение импеданса

Также можно удвоенное значение комплексного напряжения поделить на удвоенное значение импеданса.

Комплексная разновидность

Емкостная нагрузка

Емкостная нагрузка обусловливает действие, обратное действию индуктивной нагрузки. Напряжение с увеличением тока уменьшается более медленно, а при малых значениях eosq даже возрастает.
 

Емкостная нагрузка является характерной для — выпрямителей малой мощности. Конденсатор устанавливается на выходе выпрямителя параллельно нагрузке для уменьшения переменной составляющей выпрямленного напряжения.
 

Емкостная нагрузка практически не пригодна для импульсного каскада, так как коэффициент использования получается очень низким и импульсный режим работы теряет свое основное преимущество.
 

Емкостная нагрузка является чисто реактивной и, естественно, что активная мощность получилась равной нулю.
 

Емкостная нагрузка характерна для выпрямителей, питающих электронную аппаратуру.
 

Изменение коэффициента трансформации с температурой.
 

Емкостная нагрузка также влияет на высокочастотную часть характеристики цепи. Емкость резонирует с реакшвностью рассеяния и снижает собственные частоты колебаний. Для приборов, предназначенных для действия в широкой полосе частот, с нерегулярными формами волн емкостная нагрузка может составить наибольшую трудность.
 

Емкостная нагрузка на выходных зажимах ограничителя приводит при положительном импульсе входного сигнала в схеме последовательного ограничителя к увеличению времени нарастания фронта и особенно спада выходного напряжения, а в схеме параллельного ограничения — к затягиванию как фронта, так и епада выходного напряжения больше, чем в схеме последовательного ограничителя, так как при их формировании выходное сопротивление параллельного ограничителя максимально.
 

Изоляция высокой антенны-башни.
 

Конструктивно емкостную нагрузку ( шапку) антенны-мачты выполняют не менее чем из трех-четырех изолированных от мачты наклонных проводов, подвешенных в плоскостях по биссектрисе угла ( в плане) между оттяжками.
 

Векторные диаграммы при регулировании реактивной мощности.| U образные характеристики.
 

Емкостной нагрузкой является разомкнутая линия электропередачи. Генератор с меньшим значением Xd может подключаться к более длинным линиям электропередачи.
 

Холостой Емкостная Нагрузка п ход нагрузка.
 

Наличие емкостной нагрузки на выходе генератора не должно искажать форму возбуждающего импульса. Необходимо обеспечить согласование выхода генератора с нагрузкой.
 

Внешние характеристики синхронного генератора с постоянными магнитами.| Кривые мощности генератора в зависимости от тока нагрузки.
 

Активная и реактивная электрическая мощность

Общая зависимость электрической мощности от электрического тока и напряжения известна давно: это произведение. Помножим ток на напряжение – получим значение этой величины, потребляемой цепью из сети.

Но на деле все может оказаться не так просто. Потому что, просто умножив напряжение на ток, мы получим значение полной мощности. Казалось бы – это то, что нужно! Ведь обычно нас интересует именно полное значение любой величины.

Однако на электрическую мощность такое отношение распространять нельзя, так как электроэнергия и мощность, на основании которых изменяются показания нашего квартирного счетчика – не полные, а активные.

Активная мощность

– это та мощность, которая потребляется в тот момент, когда в сети в один и тот же момент есть и напряжение, и синхронный с ним электрический ток. На самом деле, в цепях постоянного тока за исключением переходных процессов при включении-выключении так оно и бывает.

Постоянно «жмет» напряжение, если цепь замкнута – постоянно «давит» некоторый ток. В итоге полная и активная мощность становятся равны, поскольку ток и напряжение действуют согласованно.

Иное дело – цепи переменного тока. Напряжение в них меняет свое направление пятьдесят раз в секунду, а ток… иногда приотстает, а иногда опережает напряжение. К примеру, если в цепи имеется «индуктивность», то есть, катушка из провода, имеющая множество витков, то ток на таком элементе цепи «отстанет» от напряжения.

Причина заключается в противо-ЭДС самоиндукции, сопротивляющейся изменению тока в катушке. Получается, что напряжение к индуктивности уже приложено, а ток еще никак не может возрасти из-за помех со стороны противо-ЭДС.

В среде учащихся многих электротехнических ВУЗов бытует такое художественное сравнение: «Для тока требуется время, чтобы он мог пробежать через каждый виток, а напряжение – вот оно, уже на концах катушки».

ЭДС противоиндукции вызывает падение напряжения и снижение тока в цепи. То есть, катушка является источником индуктивного сопротивления. Но оно отличается от активного сопротивления тем, что на нем не выделяется никакого тепла и вообще не потребляется никакой мощности в привычном понимании.

Происходит просто «пустопорожнее» переливание электроэнергии от источника к индуктивности. И энергия, перенаправляемая туда и обратно как мяч в настольном теннисе, никуда из сети не уходит. Это реактивная энергия и потребителю в быту за нее не приходится платить энергосбытовой компании.

Реактивная энергия

, производимая в сети в единицу времени, может считаться реактивной мощностью. Вычисляется она так же, как и активная – произведением реактивной составляющей тока на напряжение.

Реактивной же составляющей тока является та, которая не совпадает с напряжением по своей фазе. Величина «несовпадения» характеризуется углом сдвига фаз. В случае с чистой индуктивностью сдвиг фаз составляет максимум – 90°. Это означает, что когда напряжение достигает самого большого своего значения, ток только начинает расти.

А если в цепи расположен конденсатор (емкость), то напряжение, напротив, будет отставать от тока на 90 градусов по причине того, что для возникновения падения напряжения конденсатору требуется зарядить свои обкладки.

Точно так же источник и конденсатор в одной цепи будут обмениваться реактивной энергией, которая ни на что не будет тратиться.

В реальной цепи не бывает чисто активной или чисто реактивной нагрузки, поэтому полная мощность всегда состоит из активной и реактивной составляющей, а угол сдвига фаз находится в пределах между нулем и 90°.

Реактивная составляющая тока равна его произведению на синус угла сдвига фаз, а активная – произведению на косинус этого угла:

Q=I*sin⁡φ; P=I*cosφ

Полную мощность можно найти по теореме Пифагора:

S=√(P^2+Q^2);

При этом, реактивную мощность, в отличие от активной, нельзя исчислять в ваттах, потому что она неэффективна. Поэтому для реактивной мощности придумали особую единицу измерения – вольт-амперы реактивные (ВАРы). А полная измеряется в вольт-амперах, без уточнения характера нагрузки.

Энергия магнитного поля планеты

Земля представляет собой своего рода конденсатор сферической формы, на внутренней поверхности которой накапливается отрицательный заряд, а снаружи – положительный. Изолятором служит атмосфера – через нее проходит электрический ток, при этом разность потенциалов сохраняется. Утерянные заряды восполняются за счет магнитного поля, которое служит природным электрогенератором.

Как получить на практике электричество из земли? По сути, необходимо подсоединиться к полюсу генератора и организовать надежное заземление.

Устройство, получающее электричество из природных источников, должно состоять из следующих элементов

  • проводник;
  • заземляющий контур, к которому подсоединен проводник;
  • эмиттер (катушка Тесла, высоковольтный генератор, позволяющий электронам покидать проводник).


Схема получения электроэнергии Верхняя точка конструкции, на которой расположен эмиттер, должна располагаться на такой высоте, чтобы за счет разницы потенциалов электрического поля планеты электроны поднимались по проводнику вверх. Эмиттер их будет освобождать из металла и в виде ионов выпускать в атмосферу. Процесс будет продолжаться до тех пор, пока потенциал в верхних слоях атмосферы не станет вровень с электрическим полем планеты.

К цепи подключается потребитель энергии, причем чем эффективнее работает катушка Тесла, тем выше сила тока в цепи, тем больше (или мощнее) потребителей тока можно подключить к системе.

Так как электрическое поле окружает заземленные проводники, к которым относятся деревья, здания, различные высотные конструкции, то в городской черте верхняя часть системы должна располагаться выше всех имеющихся объектов. Своими руками создать подобную конструкцию не реально.

Видео по теме:

Электрическая нагрузка — это… Что такое Электрическая нагрузка?

 Электрическая нагрузка мощность, фактически отдаваемая источником энергии её потребителю (приёмнику). При малых изменениях напряжения Э. н. характеризуется величиной тока. Э. н. называют часто также сами приёмники энергии (двигатели, осветит. приборы и др.). В электрических цепях (См. Электрическая цепь) постоянного тока Э. н. бывает только активной, в цепях переменного тока — активной и реактивной. Активная Э. н. выражается энергией, расходуемой на механическую работу, тепло и т. п. (например, в нагревательных и осветительных приборах). Реактивная Э. н. отражает обмен энергией между источником и приёмником (например, между электрической сетью и первичной обмоткой трансформатора, работающего вхолостую). Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

  • Электрическая мощность
  • Электрическая печь

Смотреть что такое «Электрическая нагрузка» в других словарях:

  • ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА — см. (3) … Большая политехническая энциклопедия
  • электрическая нагрузка — 1. Любой потребитель электроэнергии электрическая нагрузка Любой приемник (потребитель) электрической энергии в электрической цепи 1) нагрузка Устройство, потребляющее мощность EN load (1), noun device intended to absorb … Справочник технического переводчика
  • ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА — см. Нагрузка электрическая … Большой энциклопедический политехнический словарь
  • электрическая нагрузка преобразователя — Импеданс цепи, нагружающий электрическую сторону преобразователя. Тематики виды (методы) и… … Справочник технического переводчика
  • удельная электрическая нагрузка газоразрядной лампы непрерывного действия — удельная нагрузка Отношение электрической мощности, потребляемой газоразрядной лампой непрерывного действия, к внутренней поверхности баллона лампы, выраженной в квадратных сантиметрах. Тематики газоразрядные приборы Обобщающие… … Справочник технического переводчика
  • Удельная электрическая нагрузка газоразрядной лампы непрерывного действия — 51. Удельная электрическая нагрузка газоразрядной лампы непрерывного действия Удельная нагрузка Отношение электрической мощности, потребляемой газоразрядной лампой непрерывного действия, к внутренней поверхности баллона лампы, выраженной в… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
  • базисная (электрическая) нагрузка — — Тематики энергетика в целом EN baseload … Справочник технического переводчика
  • механическая и (или) электрическая нагрузка — 3.17 механическая и (или) электрическая нагрузка: а) Мощность, фактически отбираемая потребителем механической или электромагнитной (электрической) энергии от устройств, являющихся источником этой энергии для данного потребителя (для ЭРИ также… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
  • нагрузка электрической машины — Мощность, которую развивает электрическая машина в данный момент времени. Нагрузка выражается в ваттах, киловаттах или мегаваттах, либо в вольт амперах, киловольтамперах или мегавольтамперах, а также в процентах или в долях номинальной мощности.… … Справочник технического переводчика
  • НАГРУЗКА — электрическая 1) суммарная электрическая мощность, расходуемая всеми приемниками (потребителями) электроэнергии, присоединенными к сети, включая мощность, расходуемую на покрытие потерь в процессе передачи и преобразования энергии.2) Любой… … Большой Энциклопедический словарь

dic.academic.ru

Нужны ли устройства компенсации в быту?

На первый взгляд в домашней сети не должно быть больших реактивных токов. В стандартном наборе бытовых потребителей преобладают электрическая техника с резистивными нагрузками:

  • электрочайник (Pf = 1);
  • лампы накаливания (Pf = 1);
  • электроплита (Pf = 1) и другие нагревательные приборы;

Коэффициенты мощности современной бытовой техники, такой как телевизор, компьютер и т.п. близки к 1. Ими можно пренебречь.

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

Экономический эффект от установки таких устройств ощутимо скажется на вашем семейном бюджете. Вы сможете экономить около 15% средств ежемесячно. Согласитесь, это не так уж мало, учитывая тарифы не электроэнергию.

Попутно вы решите следующие вопросы:

  • уменьшение нагрузок на индуктивные элементы и на проводку;
  • улучшение качества тока, способствующего стабильной работе электронных устройств;
  • понижение уровня высших гармоник в бытовой сети.

Для того чтобы ток и напряжение работали синфазно, устройства компенсации следует размещать как можно ближе к потребителям тока. Тогда реальная отдача индуктивных электроприёмников будет принимать максимальные значения.

Как влияют нагрузки на функционирование выпрямителей и напряжение в цепи

В любой цепи выпрямителя, нагрузка будет иметь исключительно активное сопротивление.

На практике такие приборы достаточно редко функционируют на полном активном сопротивлении, потому что в большинстве вариантов их оснащают электрическими элементами, содержащими индуктивные и емкостные части.

Бывает, что работа содержит части с индуктивной мощностью (обмотки реле, дроссельные заслонки и так далее). Также выпрямители могут спокойно функционировать на встречной электродвижущей силе, например при зарядке АКБ для автомобилей. Также мощность может быть смешанного вида, в которой есть все три параметра.

График зависимости с выпрямителем

Емкостная и индуктивная нагрузка чаще всего встречаются в повседневной жизни и бытовых приборах.

На предприятиях также устанавливают конденсаторные установки, потому что они обладают рядом плюсов:

  • уменьшение расходов электрической энергии;
  • уменьшение расходов на ремонт и обслуживание промышленных приборов;
  • сдерживание шумов в сети;
  • снижение искажения фаз;
  • увеличение возможности сети электроснабжения, благодаря чему можно подсоединять электрические приборы без увеличения стоимости питания;
  • уменьшение сопротивления в сети;
  • снижение уровня высокочастотных помех.

Данные установки достаточно дорого стоят, поэтому нет смысла использовать их в квартирах, домах или небольших офисах.

Конденсаторные установки

В заключении необходимо отметить, что такие нагрузки необходимо знать для того, чтобы правильно рассчитать мощность каких-либо приборов. Помимо всех перечисленных типов, существуют также резистивные и активные. Информацию о них можно найти на соответствующих форумах по электрике.

Похожие записи:

Радиоволна — radio wave Лада largus бортжурнал дхо из штатных ламп ларгуса Выбираем пленочный теплый пол (инфракрасный): виды, безопасность, монтаж, производители Оптоволоконные линии связи: неограниченные возможности Default ThumbnailКакой дифавтомат поставить? Default ThumbnailРекани анжело люстры