„Director” - informații despre diverse componente electronice: tranzistoare, microcircuite, transformatoare, condensatoare, LED-uri etc. Informațiile conțin tot ceea ce este necesar pentru selectarea componentelor și efectuarea calculelor de inginerie, parametrii, precum și pinouts carcasei, circuite de comutare tipice și recomandări pentru utilizarea elementelor radio.

Pe de o parte, lucrul curentului poate fi calculat cu ușurință cunoscând puterea curentului, tensiunea și rezistența la sarcină. Formule dureros de familiare de la un curs de fizică școlară arată așa.

Orez. 1. Formule

Și nu există niciun cuvânt despre componenta reactivă.

Pe de altă parte, o serie de procese fizice își impun de fapt propriile caracteristici acestor calcule. Vorbim de energie reactivă. Problemele cu înțelegerea proceselor reactive vin cu facturile de energie electrică în întreprinderile mari, deoarece în rețelele casnice plătim doar pentru energia activă (cantitatea de consum de energie reactivă este atât de mică încât sunt pur și simplu neglijate).

Definiții

Pentru a înțelege esența proceselor fizice, să începem cu definiții.

Electricitate activă- Aceasta este energia complet convertită furnizată circuitului de la sursa de alimentare. Conversia poate avea loc în căldură sau într-un alt tip de energie, dar esența rămâne aceeași - energia primită nu se întoarce înapoi la sursă.

Un exemplu despre cum funcționează energia activă: curentul care trece printr-un element de rezistență transformă o parte din energie în încălzire. Această lucrare perfectă a curentului este activă.

Electricitate reactivă este energia returnată la sursa curentă. Adică curentul primit anterior și luat în calcul de contor, fără finalizarea lucrării, se returnează. Printre altele, curentul face un salt (sarcina crește foarte mult pentru o perioadă scurtă de timp).

Este greu de înțeles procesul fără exemple.

Cea mai evidentă este funcționarea unui condensator. Condensatorul în sine nu transformă electricitatea în muncă utilă, o acumulează și o eliberează. Desigur, dacă o parte din energie este încă cheltuită pentru încălzirea elementului, atunci acesta poate fi considerat activ. Cel reactiv arată astfel:

1. Când condensatorul este alimentat cu tensiune alternativă, odată cu creșterea în U, crește și sarcina condensatorului.

2. În momentul în care începe căderea de tensiune (al doilea sfert de ciclu pe o undă sinusoidală), tensiunea de pe condensator se dovedește a fi mai mare decât cea a sursei. Și astfel condensatorul începe să se descarce, dând energie înapoi circuitului de putere (curentul curge în sens opus).

3. În următoarele două trimestre situația se repetă complet, doar tensiunea se schimbă în sens invers.

Datorită faptului că condensatorul în sine nu funcționează, tensiunea primită atinge valoarea maximă a amplitudinii (adică √2=1,414 ori mai mult decât curentul 220V, sau 220·1.414=311V).

Când se lucrează cu elemente inductive (bobine, transformatoare, motoare electrice etc.) situația este similară. Graficul indicator poate fi văzut în imaginea de mai jos.

Orez. 2. Diagrame indicatoare

Datorită faptului că aparatele electrocasnice moderne constau din multe elemente diferite, cu și fără un efect de putere „reactiv”, curentul reactiv, care curge în direcția opusă, face o activitate foarte reală la încălzirea elementelor active. Astfel, puterea reactivă a unui circuit este exprimată în esență în pierderi colaterale și supratensiuni.

Este foarte dificil să separă un indicator de putere de altul atunci când se calculează. Și un sistem de contorizare de înaltă calitate și eficient este scump, ceea ce, de fapt, a dus la refuzul de a măsura volumul consumului de curent reactiv în viața de zi cu zi.

În marile instalații comerciale, dimpotrivă, volumul consumului de energie reactivă este mult mai mare (datorită abundenței echipamentelor de putere alimentate cu motoare electrice puternice, transformatoare și alte elemente care generează curent reactiv), astfel încât pentru acestea se introduce contorizare separată.

Cum se calculează electricitatea activă și reactivă?

Majoritatea producătorilor de contoare de energie electrică pentru întreprinderi implementează un algoritm simplu.

Q=(S2 - P2) 1/2

Aici, puterea activă P este scăzută din puterea totală S (într-o formă ușor de înțeles).

Astfel, producătorul nu trebuie să organizeze o contabilitate complet separată.

Ce este cosϕ (cosinus phi)

Pentru a exprima numeric raportul dintre puterile active și reactive, se folosește un coeficient special - cosinus phi.

Se calculează folosind formula.

cosϕ = P act /P total

Unde puterea totală este suma dintre active și reactive.

Același coeficient este indicat pe plăcuțele de identificare a sculelor electrice echipate cu motoare. În acest caz, cosϕ este utilizat pentru a estima consumul de putere de vârf. De exemplu, puterea nominală a dispozitivului este de 600 W, iar cosϕ = 0,7 (media pentru marea majoritate a sculelor electrice), atunci puterea de vârf necesară pentru a porni motorul electric va fi considerată ca Pnomin / cosϕ, = 600 W / 0,7 = 857 VA (puterea reactivă este exprimată în volți-amperi).

Aplicarea compensatoarelor de putere reactivă

Pentru a încuraja consumatorii să opereze rețeaua electrică fără sarcină reactivă, furnizorii de energie electrică introduc un tarif suplimentar plătit pentru puterea reactivă, dar plata se percepe numai dacă consumul mediu lunar depășește un anumit coeficient, de exemplu, dacă raportul dintre puterea totală și cea activă este peste 0,9, factura de plata pentru puterea reactiva nu este expusa.

Pentru a reduce costurile, întreprinderile instalează echipamente speciale - compensatoare. Ele pot fi de două tipuri (după principiul de funcționare):

• Capacitiv;
• Inductiv.

Termenul de energie electrică (energie electrică, electricitate) este un termen fizic și utilizat pe scară largă. În viața de zi cu zi și în industrie, înseamnă procesul de producție (generare), transport și distribuție a energiei electrice, care poate fi obținută în 2 moduri:

• de la firma de furnizare a energiei;
• folosind dispozitive speciale numite generatoare.

Unitatea de măsură pentru consumul de energie electrică este kWh. Electricitatea are o serie de proprietăți pozitive și datorită acestora este utilizată pe scară largă în toate sectoarele economiei noastre și, desigur, în viața de zi cu zi. Acestea includ:

1. ușurința producției;
2. posibilitatea de transmitere pe distanțe mari;
3. capacitatea de a fi convertit în alte tipuri de energie;
4. distribuite ușor și simplu între diferiți consumatori.

În prezent, este dificil să ne imaginăm producția, agricultura și viața oamenilor fără utilizarea energiei electrice. Cu ajutorul acestuia, clădirile, spațiile și teritoriile sunt iluminate, funcționează diverse mașini, echipamente și dispozitive, vehiculele electrice se deplasează, casele și zonele de producție sunt încălzite, se realizează comunicațiile și multe altele.

Generarea (conversia diferitelor tipuri de energie în energie electrică) are loc folosind energie termică, hidro, nucleară și alternativă. Electricitatea este generată la centrale electrice speciale, a căror funcționare și principiu de funcționare este determinat de numele lor.

Electricitate activă și reactivă

Electricitatea este transmisă prin linii aeriene sau prin cablu. Astfel de linii se numesc rețele electrice. Calculul consumului de energie electrica de catre abonati se face tinand cont de puterea totala a curentului care trece prin circuitul electric. Costurile totale de energie sunt împărțite în 2 indicatori energetici:

• activ;
• reactiv.

Energia activă, care este o componentă a puterii totale generate (măsurată în kVA), efectuează lucrări utile și pentru majoritatea aparatelor electrice în calcule coincide cu aceasta. De exemplu, dacă pașaportul pentru un dispozitiv (fier de călcat, cuptor electric, încălzitor etc.) indică puterea activă în kW, atunci puterea totală va fi aceeași, doar în kVA.

În circuitele electrice cu elemente reactive (sarcină capacitivă sau inductivă), o parte din puterea totală nu este cheltuită pentru efectuarea de lucrări utile. Aceasta va fi electricitate reactivă. Acest conceptul este tipic pentru circuitele de curent alternativ. Există un astfel de fenomen precum o nepotrivire între faza de tensiune și faza de curent. Fie conduce (cu o sarcină capacitivă) sau întârzie (cu o sarcină inductivă). Pierderile apar din cauza încălzirii. Multe aparate și echipamente de uz casnic și industrial au o componentă reactivă (motoare electrice, scule electrice portabile, aparate electrocasnice etc.). Apoi, la calcularea energiei electrice consumate, se introduce un factor de corecție a puterii. Este desemnat ca cos fi și valoarea sa variază de obicei între 0,6 și 0,9 (indicat în datele pașaportului pentru un anumit dispozitiv electric). De exemplu, dacă pașaportul unui instrument portabil indică o putere de 0,8 kW și o valoare a cos = 0,8, atunci în acest caz consumul total de energie va fi de 1 kW (0,8/0,8). Este considerat un fenomen negativ și pe măsură ce indicatorul cos scade, puterea utilă scade.

Fiţi atenți! În absența sau pierderea unui pașaport pentru un anumit dispozitiv electric, se folosește coeficientul cos = 0,7 pentru a calcula puterea totală.

Cu cât valoarea cosului este mai mare, cu atât este mai mică pierderea de electricitate activă și, desigur, o astfel de electricitate va costa mai puțin. Pentru a crește acest coeficient se folosesc diverse dispozitive de compensare. Acestea pot fi generatoare de curent de vârf, bănci de condensatoare și alte dispozitive.

Pe lângă transmisia prin conductori, există și transmisia fără fir a energiei electrice. În prezent, există tehnologie pentru încărcarea fără fir a telefoanelor mobile și a unor dispozitive de uz casnic, vehicule electrice etc. Au limite de gamă și eficiență scăzută a transferului de energie, așa că nu este nevoie să vorbim despre utilizarea lor pe scară largă.

Calculul energiei electrice utilizate de un aparat electric de uz casnic sau industrial se face de obicei ținând cont de puterea totală a curentului electric care trece prin circuitul electric care se măsoară.

În acest caz, sunt identificați doi indicatori care reflectă costul puterii complete atunci când deserviți consumatorul. Acești indicatori se numesc energie activă și reactivă. Puterea totală este suma acestor doi indicatori.

Putere maximă.
Conform practicii consacrate, consumatorii nu plătesc pentru puterea utilă, care este utilizată direct în gospodărie, ci pentru întreaga putere, care este furnizată de furnizor. Acești indicatori se disting prin unități de măsură - puterea totală este măsurată în volți-amperi (VA) și puterea utilă - în kilowați. Electricitatea activă și reactivă este utilizată de toate aparatele electrice alimentate din rețea.

Electricitate activă.
Componenta activă a puterii totale efectuează lucrări utile și este convertită în acele tipuri de energie de care consumatorul are nevoie. Pentru unele aparate electrocasnice și industriale, puterea activă și aparentă coincid în calcule. Printre astfel de dispozitive se numără sobele electrice, lămpi cu incandescență, cuptoare electrice, încălzitoare, fiare de călcat și prese de călcat etc. Dacă pașaportul indică o putere activă de 1 kW, atunci puterea totală a unui astfel de dispozitiv va fi de 1 kVA.

Conceptul de electricitate reactivă.
Acest tip de electricitate este inerent circuitelor care conțin elemente reactive. Electricitatea reactivă este partea din puterea totală primită care nu este cheltuită pentru muncă utilă. În circuitele DC nu există un concept de putere reactivă. În circuitele de curent alternativ, o componentă reactivă apare numai atunci când este prezentă o sarcină inductivă sau capacitivă. În acest caz, există o nepotrivire între faza curentului și faza tensiunii. Această defazare între tensiune și curent este indicată de simbolul „φ”. Cu o sarcină inductivă în circuit, se observă un decalaj de fază, iar cu o sarcină capacitivă, acesta este avansat. Prin urmare, doar o parte din puterea totală ajunge la consumator, iar pierderile principale apar din cauza încălzirii inutile a dispozitivelor și instrumentelor în timpul funcționării. Pierderile de putere apar din cauza prezenței bobinelor inductive și condensatoarelor în dispozitivele electrice. Din cauza lor, electricitatea se acumulează în circuit de ceva timp. După aceasta, energia stocată este alimentată înapoi în circuit. Dispozitivele al căror consum de energie include o componentă reactivă a energiei electrice includ unelte electrice portabile, motoare electrice și diverse aparate de uz casnic. Această valoare este calculată luând în considerare un factor de putere special, care este desemnat ca cos φ.

Calculul electricității reactive.
Factorul de putere variază de la 0,5 la 0,9; Valoarea exactă a acestui parametru poate fi găsită în fișa tehnică a dispozitivului electric. Puterea aparentă trebuie determinată ca putere activă împărțită la factor. De exemplu, dacă pașaportul unui burghiu electric indică o putere de 600 W și o valoare de 0,6, atunci puterea totală consumată de dispozitiv va fi egală cu 600/06, adică 1000 VA. În absența pașapoartelor pentru calcularea puterii totale a dispozitivului, coeficientul poate fi luat egal cu 0,7. Deoarece una dintre sarcinile principale ale sistemelor de alimentare existente este de a furniza energie utilă utilizatorului final, pierderile de putere reactivă sunt considerate un factor negativ, iar o creștere a acestui indicator pune sub semnul întrebării eficiența circuitului electric în ansamblu.

Valoarea coeficientului la luarea în considerare a pierderilor.
Cu cât valoarea factorului de putere este mai mare, cu atât pierderile de energie electrică activă vor fi mai mici - ceea ce înseamnă că energia electrică consumată va costa consumatorul final puțin mai puțin. Pentru a crește valoarea acestui coeficient, în electrotehnică sunt utilizate diverse tehnici pentru a compensa pierderile nețintă de energie electrică. Dispozitivele de compensare sunt generatoare de curent de vârf care netezesc unghiul de fază dintre curent și tensiune. Bancile de condensatoare sunt uneori folosite în același scop. Sunt conectate în paralel cu circuitul de operare și sunt utilizate ca compensatoare sincrone.

Calculul costului energiei electrice pentru clienții privați.
Pentru uz individual, electricitatea activă și reactivă nu sunt separate în facturi - la scara consumului, ponderea energiei reactive este mică. Prin urmare, clienții privați cu un consum de energie de până la 63 A plătesc o singură factură, în care toată energia electrică consumată este considerată activă. Pierderile suplimentare din circuitul de electricitate reactivă nu sunt alocate separat și nu sunt plătite. Contabilitatea energiei electrice reactive pentru întreprinderi Un alt lucru este întreprinderile și organizațiile. Un număr mare de echipamente electrice sunt instalate în unitățile de producție și atelierele industriale, iar energia electrică totală furnizată conține o parte semnificativă de energie reactivă, care este necesară pentru funcționarea surselor de alimentare și a motoarelor electrice. Electricitatea activă și reactivă furnizată întreprinderilor și organizațiilor necesită o separare clară și o metodă diferită de plată pentru aceasta. În acest caz, baza pentru reglementarea relațiilor dintre compania furnizoare de energie electrică și consumatorii finali este un contract standard. Conform regulilor stabilite în acest document, organizațiile care consumă energie electrică peste 63 A au nevoie de un dispozitiv special care să ofere citiri de energie reactivă pentru contabilitate și plată. Compania de rețea instalează un contor reactiv de energie electrică și încarcă în funcție de citirile sale.

Factorul de energie reactivă.
După cum sa menționat mai devreme, electricitatea activă și reactivă sunt evidențiate în rânduri separate în facturile de plată. Dacă raportul dintre volumele de energie electrică reactivă și consumată nu depășește norma stabilită, atunci nu se percepe nicio taxă pentru energia reactivă. Coeficientul raportului poate fi scris în diferite moduri, valoarea sa medie este de 0,15. Dacă această valoare de prag este depășită, întreprinderii consumatoare i se recomandă să instaleze dispozitive de compensare.

Energia reactivă în blocurile de locuințe.
Un consumator obișnuit de energie electrică este un bloc de apartamente cu o siguranță principală, care consumă energie electrică mai mare de 63 A. Dacă o astfel de clădire conține exclusiv spații rezidențiale, nu există nicio taxă pentru electricitatea reactivă. Astfel, locuitorii unui bloc de apartamente văd în tarife plata doar pentru totalul energiei electrice furnizate casei de către furnizor. Aceeași regulă se aplică cooperativelor de locuințe.

Cazuri speciale de măsurare a puterii reactive.
Există cazuri când o clădire cu mai multe etaje conține atât organizații comerciale, cât și apartamente. Furnizarea de energie electrică la astfel de case este reglementată prin acte separate. De exemplu, diviziunea poate fi dimensiunea suprafeței utilizabile. Dacă într-o clădire de apartamente organizațiile comerciale ocupă mai puțin de jumătate din spațiul util, atunci plățile de energie reactivă nu sunt taxate. Dacă procentul de prag a fost depășit, atunci apar obligații de plată pentru electricitatea reactivă. În unele cazuri, clădirile rezidențiale nu sunt scutite de plata energiei reactive. De exemplu, dacă o clădire are puncte de conectare a liftului pentru apartamente, taxele pentru utilizarea energiei electrice reactive apar separat, doar pentru acest echipament. Proprietarii de apartamente încă plătesc doar pentru electricitatea activă.

Specificul rețelei de curent alternativ duce la faptul că, la un moment fix în timp, sinusoidele tensiunii și curentului la receptor coincid doar în cazul așa-numitei sarcini active, care transformă complet curentul în căldură sau lucru mecanic. . În practică, acestea sunt tot felul de dispozitive electrice de încălzire, lămpi cu incandescență, după o oarecare aproximare, motoare electrice și electromagneți sub sarcină și echipamente de reproducere a sunetului. Situația se schimbă complet dacă sarcina, care nu creează lucru mecanic, are inductanță mare și rezistență scăzută. Acesta este un caz tipic al unui motor electric sau transformator la ralanti.

Conectarea unui astfel de consumator la o sursă de curent continuu ar duce la , dar aici nu se va întâmpla nimic special cu rețeaua, dar curentul instantaneu va rămâne în urma tensiunii instantanee cu aproximativ un sfert de perioadă. În cazul unei sarcini pur capacitive (dacă un condensator este introdus în priză), curentul de pe acesta va conduce, dimpotrivă, tensiunea în același sfert de perioadă.

Curenți reactivi

În practică, o astfel de discrepanță între curent și tensiune, fără a produce o muncă utilă asupra receptorului, creează curenți suplimentari sau, așa cum se numesc în mod obișnuit, curenți reactivi în fire, care în cazuri deosebit de nefavorabile pot duce la consecințe distructive. Cu o valoare mai mică, acest fenomen necesită încă cheltuirea excesului de metal pe cablaje mai groase și creșterea puterii generatoarelor de alimentare și a transformatoarelor de energie electrică. Prin urmare, este justificată din punct de vedere economic eliminarea puterii reactive din rețea prin toate mijloacele posibile. În acest caz, trebuie luată în considerare puterea reactivă totală a întregii rețele, în ciuda faptului că elementele individuale pot avea valori semnificative ale puterii reactive.

Electricitate reactivă

Din perspectivă cantitativă, se evaluează impactul energiei electrice reactive asupra funcționării rețelei cosinusul unghiului de pierdere, care este egal cu raportul dintre puterea activă și puterea totală. Puterea totală este considerată o mărime vectorială, care depinde de defazajul dintre curent și tensiune pe toate elementele rețelei. Spre deosebire de puterea activă, care, ca și puterea mecanică, se măsoară în wați, puterea totală este măsurată în volți-amperi, deoarece această cantitate este prezentă numai în circuitul electric. Astfel, cu cât cosinusul unghiului de pierdere este mai aproape de unitate, cu atât mai mult este utilizată puterea generată de generator.

Principalele modalități de reducere a puterii reactive sunt compensarea reciprocă a defazajelor create de receptoarele inductive și capacitive și utilizarea receptoarelor cu un unghi de pierdere redus.

În inginerie electrică, printre numeroasele definiții, sunt adesea folosite concepte precum puterea activă, reactivă și aparentă. Acești parametri sunt legați direct de curent și tensiune atunci când orice consumator este pornit. Pentru efectuarea calculelor se folosesc diverse formule, printre care principala este produsul dintre tensiune și curent. În primul rând, aceasta se referă la tensiune constantă. Cu toate acestea, în circuite, variabila este împărțită în mai multe componente menționate mai sus. Calculul fiecăruia dintre ele se efectuează și folosind formule, datorită cărora puteți obține rezultate precise.

Formule de putere activă, reactivă și aparentă

Componenta principală este considerată a fi puterea activă. Este o mărime care caracterizează procesul de transformare a energiei electrice în alte tipuri de energie. Adică, într-un alt fel, este viteza cu care . Această valoare este afișată pe contorul de energie electrică și plătită de consumatori. Puterea activă se calculează folosind formula: P = U x I x cosph.

Spre deosebire de energia activă, care se referă la energia care este direct consumată de aparatele electrice și transformată în alte tipuri de energie - termică, ușoară, mecanică etc., puterea reactivă este un fel de asistent invizibil. Cu participarea sa, se creează câmpuri electromagnetice care sunt consumate de motoarele electrice. În primul rând, determină natura încărcăturii și poate fi nu numai generată, ci și consumată. Calculele puterii reactive se fac folosind formula: Q = U x I x sinf.

Puterea totală este o cantitate formată din componente active și reactive. Oferă consumatorilor cantitatea necesară de energie electrică și îi menține în stare de funcționare. Pentru calculele sale se folosește formula: S = .

Cum să găsiți puterea activă, reactivă și aparentă

Puterea activă se referă la energia care este consumată ireversibil de o sursă pe unitatea de timp pentru ca consumatorul să efectueze o muncă utilă. În procesul de consum, așa cum s-a menționat deja, acesta este transformat în alte tipuri de energie.

Într-un circuit de curent alternativ, valoarea puterii active este definită ca puterea medie instantanee într-o anumită perioadă de timp. În consecință, valoarea medie în această perioadă va depinde de unghiul de fază dintre curent și tensiune și nu va fi egală cu zero, cu condiția ca rezistența activă să fie prezentă în această secțiune a circuitului. Ultimul factor determină numele puterii active. Prin rezistența activă, electricitatea este convertită ireversibil în alte tipuri de energie.

Atunci când se efectuează calcule ale circuitelor electrice, conceptul de putere reactivă este utilizat pe scară largă. Cu participarea sa, au loc procese precum schimbul de energie între surse și elemente reactive ale circuitului. Acest parametru va fi numeric egal cu amplitudinea deținută de componenta variabilă a puterii instantanee a circuitului.

Există o anumită dependență a puterii reactive de semnul unghiului φ prezentat în figură. În acest sens, va avea un sens pozitiv sau negativ. Spre deosebire de puterea activă, măsurată în , puterea reactivă este măsurată în var - volți-amperi reactivi. Valoarea finală a puterii reactive în circuitele electrice ramificate este suma algebrică a acelorași puteri pentru fiecare element al circuitului, ținând cont de caracteristicile individuale ale acestora.

Componenta principală a puterii totale este puterea activă maximă posibilă la un curent și o tensiune cunoscute anterior. În acest caz, cosф este egal cu 1 atunci când nu există o schimbare de fază între curent și tensiune. Puterea totală include și o componentă reactivă, care se vede clar din formula prezentată mai sus. Unitatea de măsură pentru acest parametru este volt-amper (VA).