Активное и реактивное напряжение

Колебания, возникающие под воздействием внешней периодически изменяющейся ЭДС, называются вынужденными электромагнитными колебаниями. Установившиеся вынужденные электромагнитные колебания можно рассматривать как протекание переменного тока в цепи, содержащей резистор, катушку индуктивности и конденсатор. Действующее значение переменного тока равно такому значению постоянного тока, которое за время, равное периоду переменного тока, выделяет в том же сопротивлении такое же количество теплоты, что и данный ток. Определяется по формуле 3. Активная мощность — соответствует той части электрической энергии, которая необратимо превращается в другие виды энергии. Электрическая цепь, в которой действует одна ЭДС, называется однофазной.

Поиск данных по Вашему запросу:

Активное и реактивное напряжение

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Баланс реактивной мощности и его связь с напряжением. Реактивное и активное напряжение
• Цепь с активным сопротивлением и индуктивностью
• Цепь с активным сопротивлением и индуктивностью
• Активное и реактивное сопротивление, треугольник сопротивлений. Е.Г.Воропаев Электротехника
• Емкостное и индуктивное сопротивление в цепи переменного тока.
• Закон Ома для переменного тока
• Что такое активное сопротивление переменного тока?
• Активное и реактивное сопротивление. Треугольник сопротивлений
• Территория электротехнической информации WEBSOR
• Активное и реактивное сопротивление. Емкостное сопротивление в цепи переменного тока

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: КАК ТЕЧЁТ ТОК В СХЕМЕ — Читаем Электрические Схемы 1 часть

Баланс реактивной мощности и его связь с напряжением. Реактивное и активное напряжение

Мощность в цепи переменного тока также есть переменной величиной. Среднее ее значение. В цепи, где есть реактивное сопротивление возьмем для примера индуктивное значение мгновенной мощности равно:. Данное выражение показывает, что реактивная энергия содержит только переменную часть, которая изменяется с двойной частотой, а ее среднее значение равно нулю.

Если ток и напряжение имеют синусоидальную форму и сеть содержит элементы типа R-L или R-C, то в таких сетях кроме преобразования энергии в активном элементе R вдобавок еще и изменяется энергия электрического и магнитного полей в реактивных элементах L и C. Уравнение для S примет следующий вид.

Как видим из графика, наличие индуктивной составляющей повлекло за собой появление отрицательной части в полной мощности заштрихованная часть графика , что снижает ее среднее значение. Это происходит из-за фазового сдвига, в какой-то момент времени ток и напряжение находятся в противофазе, поэтому появляется отрицательное значение S. Активная составляющая сети выражается в ваттах Вт , а реактивная в вольт-амперах реактивных вар.

Полная мощность сети S, обусловлена номинальными данными генератора. Для генератора она обусловлена выражением:. Для нормальной работы генератора ток в обмотках и напряжение на зажимах не должны превышать номинальные значения I н , U н. Для генератора значения P и S одинаковы, однако все-таки на практике условились S выражать в вольт-амперах ВА.

Где S, P, Q — соответственно активное, реактивное и полное сопротивление сети. Если вспомнить теорему Пифагора, то из прямоугольного треугольника можно получить такое выражение:. Реактивная составляющая в треугольнике является положительной Q L , когда ток отстает от напряжения, и отрицательной Q C , когда опережает:. Из чего следует что индуктивная и емкостная энергия взаимозаменяемы.

То есть если вы хотите уменьшить влияние индуктивной части цепи, вам необходимо добавить емкость, и наоборот. Ниже пример данной схемы :. Чем ближе он к 1, тем больше полезной энергии потребляется из сети. В отличии от цепей постоянного тока, цепи переменного напряжения имеют три вида мощности — активная, реактивная, полная. Активная энергия, как и в цепях постоянного тока, выполняет полезную работу.

Реактивная — не выполняет ничего полезного, а только снижает КПД сети, греет провода, грузит генератор. Полная — сумма активной и реактивной, она равна мощности сети. Индуктивная составляющая реактивной энергии может быть скомпенсирована емкостной. На практике в промышленности это реализовано в виде конденсаторных установок. Ваш e-mail не будет опубликован.

Сохранить моё имя, email и адрес сайта в этом браузере для последующих моих комментариев. Skip to content. Меню Главная Калькулятор Контакты. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш e-mail не будет опубликован.

Цепь с активным сопротивлением и индуктивностью

Активное и реактивное сопротивление — сопротивлением в электротехнике называется величина, которая характеризует противодействие части цепи электрическому току. Это сопротивление образовано путем изменения электрической энергии в другие типы энергии. В сетях переменного тока имеется необратимое изменение энергии и передача энергии между участниками электрической цепи. При необратимом изменении электроэнергии компонента цепи в другие типы энергии, сопротивление элемента является активным. При осуществлении обменного процесса электроэнергией между компонентом цепи и источником, то сопротивление реактивное.

Активное и реактивное сопротивление Содержание: Основные различия между активным и реактивным сопротивлением Индуктивное сопротивление.

Цепь с активным сопротивлением и индуктивностью

Другими словами активную мощность можно назвать: фактическая, настоящая, полезная, реальная мощность. В цепи постоянного тока мощность, питающая нагрузку постоянного тока, определяется как простое произведение напряжения на нагрузке и протекающего тока, то есть. Другими словами, в цепи постоянного тока нет никакого коэффициента мощности. Но при синусоидальных сигналах, то есть в цепях переменного тока, ситуация сложнее из-за наличия разности фаз между током и напряжением. Поэтому среднее значение мощности активная мощность , которая в действительности питает нагрузку, определяется как:. Мощность, которая постоянно перетекает туда и обратно между источником и нагрузкой, известна как реактивная Q. Реактивной называется мощность, которая потребляется и затем возвращается нагрузкой из-за её реактивных свойств. Энергия реактивной мощности сначала накапливается, а затем высвобождается в виде магнитного поля или электрического поля в случае, соответственно, индуктивности или конденсатора. Проще говоря, единица реактивной мощности определяет величину магнитного или электрического поля, произведённого 1 В х 1 А.

Активное и реактивное сопротивление, треугольник сопротивлений. Е.Г.Воропаев Электротехника

Мы с вами знаем формулировку закона Ома для цепей постоянного тока , которая гласит, что ток в такой цепи прямо пропорционален напряжению на элементе цепи и обратно пропорционален сопротивлению этого элемента постоянному току, протекающему через него. Однако при изучении цепей переменного тока стало известно, что оказывается кроме элементов цепей с активным сопротивлением, есть элементы цепи с так называемым реактивным сопротивлением, то есть индуктивности и емкости катушки и конденсаторы. В цепи, содержащей только активное сопротивление, фаза тока всегда совпадает с фазой напряжения рис 1. Рисунок 1. Напряжение и ток в цепи с чисто активным сопротивлением.

Электрика и электрооборудование, электротехника и электроника — информация! Активное и реактивное сопротивление — сопротивлением в электротехнике называется величина, которая характеризует противодействие части цепи электрическому току.

Емкостное и индуктивное сопротивление в цепи переменного тока.

Реактивное сопротивление — это мнимая часть импеданса импедансом называется полное комплексное сопротивление цепи переменного тока , которая показывает меру противодействия синусоидальному переменному току. Реактивное сопротивление возникает в присутствии индуктивности и ёмкости в цепи, и обозначается символом X ; единица СИ — Ом. Модуль импеданса — это отношение амплитуд напряжения и тока, тогда как фаза — это разница между фазами напряжения и тока. Определение соотношений между током и напряжением требует знания, как активного, так и реактивного сопротивлений. Реактивное сопротивление само по себе даёт только ограниченную физическую информацию об электрическом устройстве или электрической цепи:. Это значит, что импеданс имеет фазу, равную нулю специфический пример нулевого реактивного сопротивления для случая 3.

Закон Ома для переменного тока

Активное напряжение рис. Реактивное напряжение рис. Угол сдвига фаз между напряжением и током в цепи определяется из треугольника напряжений рис. Полуденные формулы выражают закон Ома для действующих значений цепи с сопротивлением r индуктивностью L. Графически сопротивления r , x L , z изображают сторонами прямоугольного треугольника сопротивлений рис. Этот треугольник можно получить, уменьшив в I раз стороны треугольника напряжений. Чем больше реактивное напряжение по сравнению с активным или чем больше реактивное сопротивление по сравнению с активным, тем на больший угол ток отстает по фазе от напряжения цепи. Реактивная мощность цепи , характеризующая обмен энергией между генератором и цепью,.

АКТИВНОЕ И РЕАКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ После зарядки конденсатора в цепи постоянного тока напряжение электрического.

Что такое активное сопротивление переменного тока?

Активное и реактивное напряжение

Емкостное сопротивление в цепи переменного тока. Мгновенное значение напряжения равно. Мгновенное значение силы тока равно:.

Активное и реактивное сопротивление. Треугольник сопротивлений

Известный в электротехнике закон Ома объясняет, что если по концам какого-то участка цепи приложить разность потенциалов, то под ее действием потечет электрический ток, сила которого зависит от сопротивления среды. Источники переменного напряжения создают ток в подключенной к ним схеме, который может повторять форму синусоиды источника или быть сдвинутым по углу от него вперед либо назад. Если электрическая цепь не изменяет направления прохождения тока и его вектор по фазе полностью совпадает с приложенным напряжением, то такой участок обладает чистым активным сопротивлением. Когда же наблюдается отличие во вращении векторов, то говорят о реактивном характере сопротивления.

Если по катушке с активным сопротивлением и индуктивностью L рис. Активное напряжение рис.

Территория электротехнической информации WEBSOR

Проделаем следующий опыт. Опыт показывает, что в этом случае кривые тока и напряжения смещены по фазе, причем ток опережает по фазе напряжение на четверть периода на. Если бы мы заменили конденсатор катушкой с большой индуктивностью рис. Наконец, таким же образом можно было бы показать, что в случае активного сопротивления напряжение и ток совпадают по фазе рис. В чем заключается физическая причина наблюдаемого сдвига фаз между током и напряжением? Если в цепь не входят конденсаторы и катушки, т. Если цепь имеет заметную индуктивность , то при прохождении по ней переменного тока в цепи возникает э.

Активное и реактивное сопротивление. Емкостное сопротивление в цепи переменного тока

В электрических и электронных системах реактивное сопротивление также реактанс — это сопротивление элемента схемы вызванное изменением тока или напряжения из-за индуктивности или емкости этого элемента. Понятие реактивного сопротивления аналогично электрическому сопротивлению , но оно несколько отличается в деталях. В векторном анализе реактивное сопротивление используется для вычисления амплитудных и фазовых изменений синусоидального переменного тока, проходящего через элемент цепи. Идеальный резистор имеет нулевое реактивное сопротивление, тогда как идеальные индуктивности и конденсаторы имеют нулевое сопротивление — то есть, реагируют на ток только по наличию реактивного сопротивления.

Активное и реактивное сопротивление — Практическая электроника

В этой статье мы поведем речь о таких параметрах, как активное и реактивное сопротивление.

Активное сопротивление

И начнем мы статью не с реактивного сопротивления, как ни странно, а с простого и всеми нами любимого радиоэлемента  — резистора, который, как говорят, обладает активным сопротивлением. Еще иногда его называют омическим.  Как нам говорит вики-словарь, «активный  — это деятельный, энергичный, проявляющий инициативу». Активист готов всегда рвать и метать даже ночью. Он готов ПОЛНОСТЬЮ выложиться и потратить всю энергию во благо общества.

То же самое можно сказать и про другие нагрузки, обладающие активным сопротивлением. Это могут быть различные нагревательные элементы, типа тэнов, а также лампы накаливания.

Как смотреть силу тока в цепи через осциллограф

Чем же резистор отличается от  катушки индуктивности  и конденсатора? Понятное дело, что выполняемыми функциями, но этим все не ограничивается. Итак, давайте рассмотрим самую простую схемку во всей электронике:

На схеме мы видим генератор частоты и резистор.

Давайте визуально посмотрим, что у нас творится в этой схеме. Для этого, как я уже сказал, нам понадобится генератор частоты

А также цифровой осциллограф:

С помощью него мы будем смотреть напряжение и  силу тока . 

Что?

Силу тока?

Но ведь осциллограф предназначен для того, чтобы рассматривать форму сигнала напряжения? Как же мы будем рассматривать форму сигнала силы тока? А все оказывается просто). Для этого достаточно вспомнить правило шунта.

Кто не помнит —  напомню. Имеем обыкновенный резистор:

Что будет, если через него прогнать электрический ток?

На концах резистора у нас будет падение напряжения. То есть, если замерить с помощью мультиметра напряжение на его концах, мультиметр покажет какое-то значение в Вольтах

И теперь главный вопрос: от чего зависит падение напряжения на резисторе? В дело опять же вступает закон Ома для участка цепи: I=U/R. Отсюда U=IR. Мы видим зависимость от номинала самого резистора и от силы тока, текущей в данный момент в цепи. Слышите? От СИЛЫ ТОКА! Так почему бы нам не воспользоваться таким замечательным свойством и не глянуть силу тока через падение напряжения на  самом резисторе? Ведь номинал резистора у нас постоянный и почти не изменяется с изменением силы тока 😉

Осциллограмма силы тока на активном сопротивлении

В данном опыте нам не обязательно знать номинал силы тока в цепи. Мы будем просто смотреть, от чего зависит сила тока и изменяется ли вообще?

Поэтому,  наша схема примет вот такой вид:

В этом случае шунтом будет являться резистор сопротивлением в 0,5 Ом. Почему именно 0,5 Ом? Да потому что он не будет сильно греться, так как обладает маленьким сопротивлением, а также  его номинал вполне достаточен, чтобы снять с него напряжение.

Осталось снять напряжение с генератора, а также со шунта с помощью осциллографа. Если вы не забыли, со шунта мы снимаем осциллограмму силы тока в цепи. Красная осциллограмма — это напряжение с генератора U_ген , а желтая осциллограмма  — это напряжение с шунта U_ш , в нашем случае  — сила тока.   Смотрим, что у нас получилось:

Частота 28 Герц:

Частота 285 Герц:

Частота 30 Килогерц:

Как вы видите, с ростом частоты сила тока у нас осталась такой же.

Давайте побалуемся формой сигнала:

Как мы видим, сила тока  полностью повторяет форму сигнала напряжения.

Итак, какие можно сделать выводы?

1) Сила тока через активное (омическое) сопротивление имеет такую же форму, как и форма напряжения.

2) Сила тока и напряжение на активном сопротивлении совпадают по фазе, то есть куда напряжение, туда и ток. Они двигаются синфазно, то есть одновременно.

3) С ростом частоты ничего не меняется (если только на очень высоких частотах).

Конденсатор в цепи переменного тока

Ну а теперь давайте вместо резистора поставим конденсатор.

Смотрим осциллограммы:

Как вы видите, конденсатор обладает сопротивлением, так  как сила тока в цепи значительно уменьшилась. Но обратите внимание, что произошел сдвиг желтой осциллограммы, то бишь осциллограммы силы тока.

Вспоминаем алгебру старшие классы. Итак, полный период T — это 2П

Теперь давайте прикинем, какой сдвиг фаз у нас получился на графике:

Где-то примерно П/2 или 90 градусов.

Почему так произошло? Во всем виновато физическое свойство конденсатора. В самые первые доли секунд, конденсатор ведет себя как проводник с очень малым сопротивлением, поэтому сила тока в этот момент будет максимальна. В этом можно легко убедиться, если резко подать на конденсатор напряжение и в начальный момент времени посмотреть, что происходит с силой тока

Красная осциллограмма — это напряжение, которое мы подаем на конденсатор, а желтая — это сила тока в цепи конденсатора. По мере заряда конденсатора сила тока падает и достигает нуля при полном заряде конденсатора.

К чему приведет дальнейшее увеличение частоты? Давайте посмотрим:

50 Герц.

100 Герц

200 Герц

Как вы видите, с увеличением частоты, у нас сила тока в цепи с конденсатором возрастает.

Реактивное сопротивление конденсатора

Как мы увидели с прошлого опыта, с увеличением частоты растет сила тока! Кстати, у резистора не росла. То есть получается в данном случае из закона Ома, что сопротивление конденсатора зависит от частоты! Да, все так оно и есть. Но называется оно не просто сопротивлением, а реактивным сопротивлением и вычисляется по формуле:

где

Х_с — реактивное сопротивление конденсатора, Ом

П — постоянная и приблизительно равна 3,14

F — частота, Гц

С — емкость конденсатора, Фарад

Катушка индуктивности в цепи переменного тока

Ну а теперь давайте возьмем катушку индуктивности вместо конденсатора:

Проводим все аналогичные операции, как и с конденсатором. Смотрим на осциллограммы в цепи с катушкой индуктивности:

Если помните, вот такую осциллограмму мы получили в схеме с конденсатором:

Видите разницу? На катушке индуктивности ток отстает от напряжения на  90 градусов, на П/2, или, как еще говорят, на четверть периода (весь период у нас 2П или 360 градусов).

Так-так-так…. Давайте соберемся с мыслями. То есть в цепи с переменным синусоидальным током,  ток на конденсаторе опережает напряжение на 90 градусов, а на катушке индуктивности ток отстает от напряжения тоже на 90 градусов? Да, все верно.

Почему на катушке ток отстает от напряжения?

Не будем углубляться в различные физические процессы и формулы, просто сочтем за данность, что сила тока не может резко возрастать на катушке индуктивности. Для этого проведем простой опыт. Так же как и на конденсатор, мы резко подадим напряжение на катушку индуктивности, и посмотрим, что случилось с силой тока.

Как вы видите, при резкой подаче напряжения на катушку, сила тока не стремится также резко возрастать, а возрастает постепенно, если быть точнее, по экспоненте.

Давайте вспомним, как это было у конденсатора:

Все с точностью наоборот! Можно даже сказать, что катушка — это полная противоположность конденсатору 😉

Ну и напоследок давайте еще побалуемся частотой:

240 Килогерц

34 Килогерца

17 Килогерц

10 Килогерц

Вывод?

С уменьшением частоты сила тока через катушку увеличивается.

Реактивное сопротивление катушки индуктивности

Из опыта выше мы можем сделать вывод, что сопротивление катушки зависит от частоты и вычисляется по формуле

где

Х_L —  реактивное сопротивление катушки, Ом

П — постоянная и приблизительно равна 3,14

F — частота, Гц

L — индуктивность, Генри

Мощность в цепи с реактивными радиоэлементами

Для дальнейшего объяснения этого явления нам потребуется наша осциллограмма с катушки индуктивности:

Итак, давайте выделим на ней один период и разделим его на 4 части, то есть по 90 градусов каждая или π/2.

Давайте начнем с такого понятия, как мощность. Если не забыли, мощность — это сила тока помноженное на напряжение, то есть P=IU. Итак, в первую четвертинку периода t1 у нас напряжение принимает положительные значения и сила тока тоже положительное. Плюс на плюс дает плюс. В эту четверть периода энергия поступает из источника в реактивное сопротивление.

Теперь давайте рассмотрим отрезок времени t2. Здесь ток со знаком «плюс», а напряжение со знаком «минус». В итоге плюс на минус дает минус. Получается мощность со знаком «минус». А разве так бывает? Еще как бывает! В этот промежуток времени реактивный радиоэлемент отдает запасенную энергию обратно в источник напряжения. Для лучшего понимания давайте рассмотрим простой житейский пример.

Представим себе кузнеца за работой:

Не знаю, какое было у вас детство, но я когда был пацаном, брал свинец с аккумуляторов и плющил его в металлические пластинки. И что думаете? Свинец нагревался. Не так, чтобы прям обжигал, а был тепленький на ощупь. То есть моя энергия удара превращалась в тепло, можно даже сказать, в полезную энергию.

А что если взять пружину от стоек ВАЗа и ударять по ней?

С пружиной не станет НИ-ЧЕ-ГО! Она ведь не свинец. Но… заметьте вот такую вещь: как только мы начинаем «плющить» пружину кувалдой, у нас она начинает сжиматься. И вот она сжалась до упора и… выстрелила вверх, подхватив с собой тяжелую кувалду, которая только что пыталась ее расплющить. То есть в данном случае энергия вернулась обратно в источник энергии, то есть обратно  к кузнецу. Он вроде как и пытался расплющить пружину, но пружина вернула энергию обратно своим разжатием. То есть кузнецу не надо уже было подымать тяжелый молот, так как за него это уже сделала пружина.

Разжатие пружины и возврат ею энергии обратно — это и есть отрицательная мощность. В этом случае энергия возвращается обратно в источник. Хорошо ли это или плохо — это уже другая история.

В третий промежуток времени  t3 и ток и напряжение у нас со знаком «минус». Минус на минус — это плюс. То есть реактивный элемент снова поглощает энергию, ну а на t4, снова ее отдает, так как плюс на минус дает минус.

В результате за весь период у нас суммарное потребление энергии равно чему?

Правильно, нулю!

Так что же это получается тогда? На катушке и конденсаторе не будет выделяться никакой энергии? Получается так. Поэтому в схемах они чаще всего холодные, хотя могут быть и слегка теплыми, так как реальные параметры катушки и конденсатора выглядят совсем по другому.

Эквивалентная схема реальной катушки индуктивности выглядит вот так:

где

R_L  — это сопротивление потерь. Это могут быть потери в проводах, так как любой провод обладает сопротивлением. Это могут быть потери в диэлектрике, потери в сердечнике и потери на вихревые токи.  Как видите, раз есть сопротивление, значит на нем может выделяться мощность, то есть тепло.

L — собственно сама индуктивность катушки

С — межвитковая емкость.

А вот и эквивалентная схема реального конденсатора:

где

r — сопротивление диэлектрика и корпуса между обкладками

С — собственно сама емкость конденсатора

ESR — эквивалентное последовательное сопротивление

ESI (ESL) — эквивалентная последовательная индуктивность

Здесь мы тоже видим такие параметры, как r  и ESR, которые на высоких частотах будут еще лучше себя проявлять, благодаря скин-эффекту. Ну и, соответственно, на них будет выделяться мощность, что приведет к небольшому малозаметному нагреву.

Резюме

Резистор обладает активным (омическим) сопротивлением. Катушка индуктивности и конденсатор обладают реактивным сопротивлением.

В цепи переменного тока на конденсаторе ток опережает напряжение на 90 градусов, а на катушке ток отстает от напряжения на 90 градусов.

Сопротивление катушки вычисляется по формуле

Сопротивление конденсатора вычисляется по формуле:

В цепи переменного тока на идеальном реактивном сопротивлении не выделяется мощность.

Реальные катушка и конденсатор имеют в своем составе паразитные параметры, которые имеют некоторое сопротивление. Поэтому реальные катушка и конденсатор не обладают чисто реактивным сопротивлением.

Разница между активной и реактивной мощностью (со сравнительной таблицей)

Наиболее существенная разница между активной и реактивной мощностью заключается в том, что активная мощность — это фактическая мощность, которая рассеивается в цепи. Принимая во внимание, что реактивная мощность — это бесполезная мощность, которая течет только между источником и нагрузкой. Другие различия между активной и реактивной мощностью объясняются ниже в сравнительной таблице.

Активная, кажущаяся и активная мощности индуцируют в цепи только тогда, когда их ток отстает от приложенного напряжения на угол Φ. Показанный ниже прямоугольный треугольник показывает соотношение между активной, реактивной и полной мощностью.

Где, S – полная мощность
Q – реактивная мощность
P – активная мощность

Содержание: Активная и реактивная мощность

1. Сравнительная таблица
2. Определение
3. Ключевые отличия
4. Заключение

Сравнительная таблица

База для сравнения	Активная мощность	Реактивная мощность
Определение	Активная мощность – это реальная мощность, рассеиваемая в цепи.	Мощность, которая постоянно перемещается между нагрузкой и источником, такой тип мощности известен как реактивная мощность
Формула
Измерительный блок	Ватт	ВАР
Представлен	P	Q
Причины	Выделяет тепло в нагревателе, свет в лампах и крутящий момент в двигателе.	Измеряет коэффициент мощности цепи.
Измерительный прибор	Ваттметр	Варметр

Определение активной мощности

Мощность, которая рассеивается или выполняет полезную работу в цепи, называется активной мощностью. Измеряется в ваттах или мегаваттах. Активная мощность обозначается прописной буквой Р. Среднее значение мощности в цепи дается выражением.

Активная мощность определяет цепь и нагрузку.

Определение реактивной мощности

Реактивная мощность перемещается между источником и нагрузкой цепи. Эта мощность не совершает никакой полезной работы на нагрузке. Q представляет собой реактивную мощность и измеряется в вар. Реактивная мощность накапливается в цепи и разряжается асинхронным двигателем, трансформатором или соленоидами.

Основные различия между активной и реактивной мощностью

1. Активная мощность – это реальная мощность, потребляемая нагрузкой. Принимая во внимание, что реактивная мощность является бесполезной мощностью.
2. Активная мощность является произведением напряжения, силы тока и косинуса угла между ними. Принимая во внимание, что реактивная мощность является произведением напряжения и тока и синуса угла между ними.
3. Активная мощность – это реальная мощность, измеряемая в ваттах. В то время как реактивная мощность измеряется в вар.
4. Буква P обозначает активную мощность, а Q обозначает реактивную мощность.
5. Крутящий момент, развивающийся в двигателе, тепло, рассеиваемое нагревателем, и свет, излучаемый лампами, все это производится за счет активной мощности. Реактивная мощность определяет коэффициент мощности цепи.
6. Ваттметр измеряет активную мощность, а варометр используется для измерения полной мощности.

Заключение

Активная мощность совершает полезную работу в цепи. А реактивная мощность просто течет по цепи, не совершая никакой полезной работы.

Понимание основ реактивной мощности

Реактивная мощность малопонятна для не инженеров и важна при проектировании систем электроснабжения, особенно на уровне распределения. Хотя для понимания реактивной мощности требуется знание интегрального исчисления, основные интуитивные представления можно понять без тщательного математического изучения. По мере того, как системы распределения становятся более сложными с распределенными энергоресурсами и автоматизацией спроса, участникам отрасли необходимо общее понимание последствий «воображаемой мощности» для эффективности и стабильности системы.

Реактивная мощность – это электричество, которое одновременно и бесполезно, и необходимо

Электрическая мощность (P, в ваттах) состоит из напряжения (В, в вольтах) и тока (I, в амперах). Формула P = V × I. Хорошей аналогией для описания взаимосвязи между напряжением и током является вода, текущая по реке. Ток — это скорость воды, а напряжение — наклон реки. Когда становится круче, эта река ведет себя странно. Скорость течения остается прежней, однако вода становится более плотной, и в результате течение становится тяжелее. Способность потока толкать вас вниз по реке — скорость течения, умноженная на плотность воды (напряжение) — это сила реки.

кажущаяся мощность реки — если ее просто измерить — включает в себя как поступательное движение, так и нисходящее давление на русло реки. В то время как поступательное движение полезно для выполнения работы (скажем, для запуска небольшой гидротурбины), давление на русло реки служит только для поддержания течения. Это разница между реальной мощностью (P, в ваттах) и реактивной мощностью (VAr, в мнимых ваттах). Отношение реактивной мощности к полной мощности (активная мощность ² + реактивная мощность ² ) ^1/2 называется коэффициентом мощности . Рассмотрим пример лошади, тянущей вагон.

Пример коэффициента мощности: использование лошади и дрезины

Источник: Consolidated Edison

Как показано на рисунке выше, представьте себе лошадь, которая тянет вагон с края пути. Хотя лошадь привязана по диагонали, вагон может двигаться только по рельсам. Сила натяжения веревки — это кажущаяся мощность; только часть этой мощности равна «рабочая» (реальная) мощность, тянущая вагон вперед. Из-за угла тяги лошади часть затрачиваемой энергии тратится впустую в виде «нерабочей» (реактивной) мощности. По мере того, как этот угол становится больше, соотношение между реальной мощностью и реактивной мощностью снижается до тех пор, пока лошадь не начнет отрываться от рельсов, вообще не двигая вагон. Это соотношение часто рассчитывается как коэффициент мощности: деление активной мощности на полную мощность (активная + реактивная).

Огромные отключения электроэнергии в результате сбоев реактивной мощности

Реактивная мощность необходима для потока мощности, поскольку она помогает регулировать напряжение. Возвращаясь к аналогии с рекой, без русла реки, на которое можно было бы опираться для движения вперед, не могло бы быть течения воды. Увеличение реактивной мощности можно описать как увеличение крутизны русла реки при одновременном «выдавливании» воды вперед. Это «сжатие» увеличивает плотность воды и позволяет ей двигаться дальше. Точно так же реактивная мощность имеет решающее значение в линиях электропередачи для повышения напряжения вверх по течению и «сжатия» потока вниз по течению.

Производство реактивной мощности, иногда называемой мнимой мощностью , требует мощности электростанции, но не дает прямой экономической выгоды — представьте себе лошадь, тянущую вагон по диагонали. Для интегрированных коммунальных предприятий-монополистов работа электростанций по производству реактивной мощности компенсируется через тарифную базу. Для торговых генераторов реактивная мощность отнимает мощность станции, которая вместо этого могла бы производить реальную энергию. Таким образом, реактивная мощность должна компенсироваться в качестве вспомогательной услуги.

14 июля 2003 г. на северо-востоке США и в Канаде произошло историческое отключение электроэнергии, которое затронуло около 55 миллионов человек в восьми штатах и ​​одной провинции. Среди причин этого огромного отказа системы в качестве важного фактора была названа острая нехватка реактивной мощности. В часы, предшествовавшие отключению электроэнергии, спрос на реактивную мощность был особенно высоким из-за больших объемов передачи на большие расстояния через Огайо в Канаду. В то же время предложение реактивной мощности было опасно низким отчасти из-за отсутствия стимула для производства реактивной мощности. Сбои реактивной мощности также способствовали отключениям электроэнергии на Западе (1996) и во Франции (1978).

Реактивная мощность является результатом задержки между током и напряжением

В цепи постоянного тока (DC) мощность имеет постоянную интенсивность и может течь только в одном направлении. С другой стороны, ток и напряжение в цепях переменного тока (AC) быстро колеблются, и кажется, что мощность течет во всех направлениях. Скорость флуктуаций называется частотой 90 133 90 134, а задержка между двумя «частотами» – их фазовый угол . Фазовый угол важен как в одном месте, так и между двумя точками. Например, задержка частоты напряжения между начальной и конечной точками провода дает поток мощности . Важным фактором в цепях переменного тока является задержка между колебаниями напряжения и тока в любой точке. Когда ток и напряжение в одной точке находятся в идеальном соотношении 90 133 в фазе 90 134 друг с другом, то есть имеют точно такое же время, вся мощность, возникающая в результате потока, равна реальная мощность . По мере увеличения задержки между током и напряжением увеличивается и количество реактивной мощности — лошадь все дальше отъезжает от вагона. Реактивная мощность присутствует всякий раз, когда ток «отстает» или «опережает» напряжение.

Фазы тока, напряжения и мощности в системе переменного тока

Источник: MIT Electric Grid of the Future Report

Препятствия для потоков мощности на линии электропередач называются импедансами . Эти импедансы могут быть сопротивлением или реактивным сопротивлением. Сопротивление — это трение электронов с атомами внутри электрических проводников, которое в равной степени влияет как на ток, так и на напряжение, преобразуя небольшое количество энергии в отработанное тепло. Реактивное сопротивление может относиться либо к электрическим полям, либо к магнитным полям. Электрические поля , влияющие на напряжение, создаются, когда две электрически заряженные металлические пластины помещаются близко друг к другу, не касаясь друг друга. Эти конденсаторы создают напряжение без протекания тока, тем самым эффективно накапливая и задерживая колебания напряжения относительно тока. Магнитные поля , с другой стороны, вызывают отклонение тока от напряжения. Сами электрические линии постоянно накапливают и извлекают переменный ток в магнитном поле, которое закручивается по спирали вокруг провода. Катушки индуктивности — это специально разработанные катушки проволоки, предназначенные для накопления тока в магнитных полях. Некоторые бытовые приборы, такие как электродвигатели и холодильники, обладают индуктивными свойствами.

Когда ток отстает от напряжения, возникает положительная реактивная мощность в цепи. Наиболее важной причиной положительной реактивной мощности является реактивное сопротивление самих линий электропередач. На протяжении всей линии часть тока совершает «объезд» в спиралевидном магнитном поле вокруг линии. Трансформаторы, основанные на катушках индуктивности, также вводят в линии положительную реактивную мощность. На краю сети индуктивные приборы, такие как электродвигатели и холодильники, также вносят положительную реактивную мощность.

Поскольку более высокая реактивная мощность соответствует более высокому напряжению, слишком большая положительная реактивная мощность в одной части сети может вызвать резкое падение напряжения. Чтобы компенсировать реактивное сопротивление линий электропередач, трансформаторов и индуктивных приборов, необходимо обеспечить достаточную подачу отрицательной реактивной мощности. Эта услуга может быть оказана электростанциями, хотя и за счет реального производства электроэнергии и ограничена пропускной способностью. В качестве альтернативы отрицательная реактивная мощность может быть использована ниже по потоку для улучшения потока мощности. Например, конденсаторы, размещенные рядом с трансформаторами и индуктивными нагрузками, можно использовать для уменьшения падений напряжения там, где это наиболее необходимо. Некоторые электрические устройства, такие как интеллектуальные инверторы, также могут локально стабилизировать реактивную мощность.

Регулирование реактивной мощности в системе распределения электроэнергии

Хотя реактивная мощность необходима для стабильности напряжения при передаче, слишком большая положительная реактивная мощность в системе распределения влияет на энергоэффективность. Возвращаясь к примеру с лошадью и дрезиной, увеличение угла тяги снижает реальную мощность, прикладываемую к дрезине. В 2011 году Consolidated Edison в Нью-Йорке ввела плату за реактивную мощность, чтобы наказать крупных потребителей электроэнергии с неэффективным индукционным оборудованием. Коммунальное предприятие рекомендует крупным потребителям устанавливать конденсаторы рядом с индуктивными нагрузками, зацикливать работу индуктивного оборудования и модернизировать свои предприятия более эффективным оборудованием, чтобы поддерживать их коэффициент мощности выше 9.5%.

Реактивная мощность — задержка между напряжением и током в данной точке — зависит от ограничений передачи. В результате часто приходится производить реактивную мощность вблизи того места, где она необходима. Кроме того, некоторым приборам, таким как электродвигатели, для правильной работы магнитов требуется отрицательная реактивная мощность. Таким образом, локальная подача реактивной мощности намного эффективнее, чем ее производство издалека.