Активна, реактивна і повна потужність в колі змінного струму

У ланцюгах постійного струму не поділяють потужність на різні складові, такі як активна і реактивна, тому використовують простий вислів P = U * I. Але зі змінним струмом інша справа. У цій статті ми розглянемо, що таке активна, реактивна і повна потужність електричного кола.

визначення

Навантаження електричного кола визначає, який струм через неї проходить. Якщо струм постійний, то еквівалентом навантаження в більшості випадків можна визначити резистор певного опору. Тоді потужність розраховують за однією з формул:

P = U * I

P = I2* R

P = U2/ R

З цієї ж формулою визначається повна потужність в колі змінного струму.

Навантаження поділяють на два основних типи:

  • Активну – це резистивная навантаження, типу – ТЕНів, ламп розжарювання і подібного.
  • Реактивну – вона буває індуктивної (двигуни, котушки пускачів, соленоїди) і ємнісний (конденсаторні установки та інше).

Остання буває тільки при змінному струмі, наприклад, в ланцюзі синусоїдального струму, саме такий є у вас в розетках. У чому різниця між активною та реактивною енергією ми розповімо далі простою мовою, щоб інформація стала зрозумілою для початківців електриків.

Сенс реактивного навантаження

В електричному ланцюзі з реактивної навантаження фаза струму і фаза напруги не співпадають у часі. Залежно від характеру підключеного обладнання напруга або випереджає струм (в індуктивності), або відстає від нього (в ємності). Для опису питань використовують векторні діаграми. Тут однаковий напрямок вектора напруги і струму вказує на збіг фаз. А якщо вектора зображені під деяким кутом, то це і є випередження або відставання фази відповідного вектора (напруги або струму). Давайте розглянемо кожен з них.

У індуктивності напруга завжди випереджає струм. «Відстань» між фазами вимірюється в градусах, що наочно ілюструється на векторних діаграмах. Кут між векторами позначається грецькою буквою «Фі».

У ідеалізованої індуктивності кут зсуву фаз дорівнює 90 градусів. Але в реальності це визначається повним навантаженням в ланцюзі, а в реальності не обходиться без резистивной (активної) складової і паразитного (в цьому випадку) ємнісний.

У ємності ситуація протилежна – струм випереджає напругу, тому що індуктивність заряжаясь споживає великий струм, який зменшується в міру заряду. Хоча частіше говорять, що напруга відстає від струму.

Якщо сказати коротко і зрозуміло, то ці зрушення можна пояснити законами комутації, згідно з якими в ємності напруга не може зміниться миттєво, а в індуктивності – струм.

Трикутник потужностей і косинус Фі

Якщо взяти всю ланцюг, проаналізувати її склад, фази струмів і напруг, потім побудувати векторну діаграму. Після цього зобразити активну по горизонтальній осі, а реактивну – по вертикальній і з’єднати результуючим вектором кінці цих векторів – вийде трикутник потужностей.

Він виражає відношення активної і реактивної потужності, а вектор, що з’єднує кінці двох попередніх векторів – буде висловлювати повну потужність. Все це звучить занадто сухо і заплутано, тому подивіться на малюнок нижче:

Буквою P – позначена активна потужність, Q – реактивна, S – повна.

Формула повної потужності має вигляд:

Найбільш уважні читачі напевно помітили подібність формули теоремі Піфагора.

Одиниці виміру:

  • P – Вт, кВт (Ватт);
  • Q – Вар, кВАр (Вольт-ампер реактивні);
  • S – ВА (Вольт-ампер);

розрахунки

Для обчислення повної потужності використовують формулу в комплексній формі. Наприклад, для генератора розрахунок має вигляд:

А для споживача:

Але застосуємо знання на практиці і розберемося як розрахувати споживану потужність. Як відомо ми, звичайні споживачі, оплачуємо тільки за споживання активної складової електроенергії:

P = S * cosФ

Тут ми бачимо, нову величину cosФ. Це коефіцієнт потужності, де Ф – це кут між активною і повною складової з трикутника. тоді:

cosФ = P / S

У свою чергу реактивна потужність розраховується за формулою:

Q = U * I * sinФ

Для закріплення інформації, ознайомтеся з відео лекцією:

Все вищесказане справедливо і для трифазного ланцюга, відрізнятися будуть тільки формули.

Відповіді на популярні питання

Повна, активна і реактивна потужності є важливою темою в електриці для будь-якого електрика. В якості висновку ми зробили підбірку з 4 поширених запитань із цього приводу.

  • Яку роботу виконує реактивна потужність?

Відповідь: корисної роботи не виконує, але навантаженням на лінії є повна потужність, в тому числі з урахуванням реактивної складової. Тому щоб знизити загальне навантаження з нею борються або кажучи грамотною мовою компенсують.

  • Як її компенсують?

– З цією метою використовують установки для компенсації реактиву. Це можуть бути конденсаторні установки або синхронні компенсатори (синхронні електродвигуни). Детальніше ми розглядали це питання в статті:

  • Через якихось споживачів виникає реактив?

– Це в першу чергу електродвигуни – найчисленніший вид електрообладнання на підприємствах.

  • Чим шкодить велике споживання реактивної енергії?

– Крім навантаження на лінії електропередач слід враховувати, що підприємства оплачує повну потужність, а фізичні особи – тільки активну. Це призводить до підвищеної сумі оплати за електроенергію.

На відео надано просте пояснення понять реактивної, активної і повної потужностей:

На цьому ми і закінчуємо розгляд даного питання. Сподіваємося, тепер вам стало зрозуміло, що таке активна, реактивна і повна потужність, які між ними відмінності і як визначається кожна величина.

Ссылка на основную публикацию