Активная, реактивная и полная (кажущаяся) мощности

Активная, реактивная и полная (кажущаяся) мощности

Простое объяснение с формулами

Активная мощность (P)

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

P = V I

потому что в цепи постоянного тока нет понятия фазового угла между током и напряжением. 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:

P = V I Cosθ

В цепи переменного тока, если она чисто активная (резистивная), формула для мощности та же самая, что и для постоянного тока: P = V I.

Формулы для активной мощности

P = V I — в цепях постоянного тока

P = V I cosθ — в однофазных цепях переменного тока

P = √3 V_L I_L cosθ — в трёхфазных цепях переменного тока

P = 3 V_Ph I_Ph cosθ

P = √ (S² – Q²) или

P =√ (ВА² – вар²) или

Активная мощность = √ (Полная мощность² – Реактивная мощность²) или

кВт = √ (кВА² – квар²)

Реактивная мощность (Q)

Также её мощно было бы назвать бесполезной или безваттной мощностью.

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. Единицей измерения активной мощности является ватт, 1 Вт = 1 В х 1 А. Энергия реактивной мощности сначала накапливается, а затем высвобождается в виде магнитного поля или электрического поля в случае, соответственно, индуктивности или конденсатора.

Реактивная мощность определяется, как

Q = V I sinθ

и может быть положительной (+Ve) для индуктивной нагрузки и отрицательной (-Ve) для емкостной нагрузки.

Единицей измерения реактивной мощности является вольт-ампер реактивный (вар): 1 вар = 1 В х 1 А. Проще говоря, единица реактивной мощности определяет величину магнитного или электрического поля, произведённого 1 В х 1 А.

Формулы для реактивной мощности

Q = V I sinθ

Реактивная мощность = √ (Полная мощность² – Активная мощность²)

вар =√ (ВА² – P²)

квар = √ (кВА² – кВт²)

Полная мощность (S)

Полная мощность – это произведение напряжения и тока при игнорировании фазового угла между ними. Вся мощность в сети переменного тока (рассеиваемая и поглощаемая/возвращаемая) является полной.

Комбинация реактивной и активной мощностей называется полной мощностью. Произведение действующего значения напряжения на действующее значение тока в цепи переменного тока называется полной мощностью.

Она является произведением значений напряжения и тока без учёта фазового угла. Единицей измерения полной мощности (S) является ВА, 1 ВА = 1 В х 1 А. Если цепь чисто активная, полная мощность равна активной мощности, а в индуктивной или ёмкостной схеме (при наличии реактивного сопротивления) полная мощность больше активной мощности.

Формула для полной мощности

S = V I

Полная мощность = √ (Активная мощность² + Реактивная мощность²)

kVA = √(kW² + kVAR²)

Следует заметить, что:

• резистор потребляет активную мощность и отдаёт её в форме тепла и света.
• индуктивность потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме магнитного поля.
• конденсатор потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме электрического поля.

Все эти величины тригонометрически соотносятся друг с другом, как показано на рисунке:

Что такое реактивная энергия или реактивная мощность?

Когда речь идет об электрических приборах, чаще всего интересуются их электрической мощностью. При этом считается, что чем больше эта мощность, обычно указываемая в документации, приложенной к электроизделию, тем большую полезную работу можно получить от этого изделия.

Электроприборы представляют собой нагрузку, которая для переменного тока имеет разную величину. Так все нагревательные приборы: лампы накаливания, ТЭНы в утюгах, электрических плитах, электрочайниках, стиральных машинах, электрообогревателях и т. п., это активные нагрузки. Все виды трансформаторов, стабилизаторов, электродвигателей – в стиральных машинах, кондиционерах, вентиляторах, отопительных приборах, электроинструменте, насосах для полива и для отопления, газонокосилках, измельчителях веток (шредерах ) и мн. др. – это нагрузки активно-индуктивные. Люминесцентные лампы и светильники, энергосберегающие компактные лампы (КЛЛ) и пр. – это активно-емкостные нагрузки.

Реактивной называется энергия возникающая при прохождении переменного электрического тока через катушку индуктивности (образуется магнитное поле) или через конденсатор (образуется электрическое поле). Она может увеличиваться или уменьшаться. При увеличении она потребляет мощность из сети, при уменьшении – отдает обратно в сеть.

В домашней электрической сети действует переменное напряжение, величина которого 220 В, а частота 50 Гц. По форме это синусоида, которая 100 раз в секунду переходит через «0». В этот момент происходит смена направления движения тока. При подключении этого напряжения к нагрузке, которая имеет только активную составляющую, ток в цепи по фазе (по моменту действия) полностью совпадает с напряжением. Т. е. при нарастании тока идет нарастание напряжения, при спаде напряжения спадает и ток, при переходе напряжения через «0» ток в это же мгновение тоже переходит через «0». Если нагрузка имеет индуктивную составляющую, то ток начинает отставать от напряжения. Напряжение растет, перейдя через «0», а ток еще может даже не дошел до «0», напряжение уже начало уменьшаться после максимума, а ток опаздывает, т. к. он еще увеличивается. И чем больше индуктивность обмотки двигателя или трансформатора, тем больше это расхождение по фазе. При активной составляющей нагрузки близкой или равной «0» (когда трансформатор включен в сеть, а нагрузки на нем нет) ток запаздывает почти на 90°, т. е. на четверть периода.

В случае емкостной нагрузки процесс тот же, но только ток опережает напряжение.

Происходят эти процессы потому, что в первом случае ток, протекающий по катушке индуктивности (обмотке двигателя или трансформатора) создает каждым витком катушки магнитное поле. А т. к. ток изменяется – нарастает или спадает, то суммарное поле тоже увеличивается или уменьшается. Изменяющееся магнитное поле по закону электромагнитной индукции (закону Майкла Фарадея) наводит в соседних витках той же катушки или соседней с ней, например вторичной катушке трансформатора э. д.с. самоиндукции такой же по величине, но обратной по знаку. Эта э.д.с., вызывает в своей нагрузке, которой является уже питающая сеть такой же изменяющийся ток, но обратного направления. Этот новый ток опять по тому же закону М. Фарадея образует обратное по направлению изменяющееся магнитное поле и процесс повторяется. Пока по обмотке течет переменный ток, в ней будет создаваться переменное магнитное поле. И чем больше индуктивность, тем больше поле. При выключении тока поле исчезнуть мгновенно не может, поэтому оно на контактах выключателя может образовать электрический дуговой разряд. Если его нет, то поле разряжается через маленькое активное сопротивление катушки. Т. е. когда ток увеличивается, катушка запасает энергию, а когда начинает уменьшаться – катушка отдает ее обратно в сеть. Нагрузка не включена, тока на выходе нет, а напряжение есть, и трансформатор гоняет энергию в обмотку и из обмотки. Эти токи на активном сопротивлении проводов вызывают тепловые потери. Они по величине невелики, но они есть. Похожие процессы происходят и при емкостном характере нагрузки. Отличие лишь в том, что поле не магнитное, а электрическое.

Таким образом, работы нет, а потери присутствуют.

Те же процессы происходят и при включении нагрузки. Но на фоне больших рабочих токов, протекающих при этом, реактивные токи мало заметны.

Уменьшить эти токи можно подключением к индуктивным цепям конденсаторов, а к емкостным, соответственно, индуктивностей. Это называется компенсированием реактивных составляющих.

Оценить реактивную составляющую можно по Км – коэффициенту мощности или по cos φ. При этом cos φ = Р/S, где:

• Р – активная мощность, обеспечивающая рабочие характеристики;
• S – полная мощность, потребляемая устройством.

При cos φ = 1 – вся мощность устройства активная, при меньших значениях – появляется реактивная составляющая. Мощность потребляемая растет, а работа остается та же.

Например, если на дрели и вентиляторе написано, что его мощность 600 Вт, а cos φ = 0,75, то их реальная мощность, потребляемая из сети будет равна 800 Вт, а работу они сделают на 600 Вт.

Правильная компенсация реактивной мощности дает возможность уменьшить мощность, передаваемую по кабельным и проводным сетям предприятия. Это позволяет снизить расход до 10-20 %, а в тех случаях, когда cos φ = 0,5 и даже менее его, результат может быть до 1/3.Предприятия с большим количеством мощных недогруженных электродвигателей должны компенсировать их реактивную мощность.

Небольшие организации, офисы, торговые предприятия могут иметь большую реактивную составляющую за счет люминесцентных источников освещения, двигателей вентиляции приточной и вытяжной, кондиционеров, приводов теплоснабжения и водоснабжения и другой нелинейной нагрузки. К такой нагрузке могут относиться тиристорные и симисторные регуляторы систем освещения, импульсные блоки питания и мн. др. Все эти виды потребителей электроэнергии используют в своей работе импульсный режим, при этом этот режим часто сопровождается крутыми передними и задними фронтами импульсов (нарастанием и спаданием тока и напряжения). Специалисты эти фронты называют передним и задним. И чем меньше длительность переднего и заднего фронтов, тем больше в питающую сеть переменного тока проникает гармоник (напряжений удвоенной, утроенной и т. д. частоты) основного напряжения, тем меньше cos φ.

Поэтому передовые производители современных компактных люминесцентных ламп (КЛЛ) заботятся об энергетической эффективности не только самой лампы, но и всей электрической сети, используемой для их питания. Для этого они, незначительно усложнив схему их питания, получают коэффициент мощности, равный 0,92 – 0,97. В то же время простые КЛЛ имеют его значительно меньшей величины, а обычные традиционные люминесцентные «трубки» с электромагнитным пуско-регулирующим аппаратом имеют коэффициент мощности вообще равный 0,5.

Поэтому, выбирая для своей квартиры или офиса малогабаритные энергосберегающие высокоэффективные источники света в виде КЛЛ, обязательно интересуйтесь таким их параметром, как коэффициент мощности. И если он не указан в параметрах продаваемой лампы, то лучше отказаться от такой покупки.

Предлагаем приобрести качественные энергосберегающие лампы:

A60 10W PA LS-V10 E27 4000

Наименование: Лампа светодиодная стандартная LS-V10 10W E27 4000K алюмопл. корп. A-LS-1520
Артикул: A-LS-1520
Мощность: 10
Световой поток: 900
Тип лампы: Стандартная
Напряжение (V): 220
Цветовая температура К: 4000
Тип цоколя: E27
Группа: Лампы
Подгруппа: Лампы светодиодные (LED)
Модель: ls-V10
Тип колбы: Стандартная
Цвет стекла: Опаловый
Тип светодиода: SMD
Угол рассеивания, (C): 270
Ресурс часов: 25000
A mm: 110
B mm: 60
Штрих код упаковки: 4895127217815
Количество в упаковке шт.: 50
Производитель: Electrum

(Код: A-LS-1520)

82.49 грн

Наименование: Лампа светодиодная стандартная LS-V10 10W E27 4000K алюмопл. корп. A-LS-1520
Артикул: A-LS-1520
Мощность: 10
Тип цоколя: E27

Купить

B60 10W PA10L E27 3000 3 шт.

Наименование: Комплект ламп светодиодных стандартных B60 PA10L 10W E27 3000K алюмопл. корп. 3шт. 18-0120
Артикул: 18-0120
Мощность: 10
Световой поток: 750
Тип лампы: Стандартная
Напряжение (V): 220
Цветовая температура К: 3000
Тип цоколя: E27
Группа: Лампы
Подгруппа: Лампы светодиодные (LED)
Модель: PA10L
Тип колбы: Стандартная
Цвет стекла: Опаловый
Тип светодиода: SMD
Угол рассеивания, (C): 250
Ресурс часов: 20000
A mm: 109
B mm: 60
Штрих код упаковки: 4895127203382
Количество в упаковке шт.: 40/120
Производитель: ELM

(Код: 18-0120)

215.98 грн

Наименование: Комплект ламп светодиодных стандартных B60 PA10L 10W E27 3000K алюмопл. корп. 3шт. 18-0120
Артикул: 18-0120
Мощность: 10
Тип цоколя: E27

Купить

B60 10W PA10 E27 4000 3 шт.

Наименование: Комплект ламп светодиодных стандартных B60 PA10L 10W E27 4000K алюмопл. корп. 3шт. 18-0150
Артикул: 18-0150
Мощность: 10
Световой поток: 806
Тип лампы: Стандартная
Напряжение (V): 220
Цветовая температура К: 4000
Тип цоколя: E27
Группа: Лампы
Подгруппа: Лампы светодиодные (LED)
Модель: PA10L
Тип колбы: Стандартная
Цвет стекла: Опаловый
Тип светодиода: SMD
Угол рассеивания, (C): 250
Ресурс часов: 20000
A mm: 109
B mm: 60
Штрих код упаковки: 4895127200930
Количество в упаковке шт.: 50
Производитель: ELM

(Код: 18-0150)

168.50 грн

Наименование: Комплект ламп светодиодных стандартных B60 PA10L 10W E27 4000K алюмопл. корп. 3шт. 18-0150
Артикул: 18-0150
Мощность: 10
Тип цоколя: E27

Купить

A60 10W PA LS-33 Elegant Е27 Ra90 4000

Наименование: Лампа светодиодная стандартная A60 LS-33 Elegant 10W E27 Ra90 4000K алюмопл. корп. A-LS-1912
Артикул: A-LS-1912
Мощность: 10
Световой поток: 850
Цветовая температура: 4000
Тип лампы: Стандартная
Тип цоколя: E27
Напряжение (V): 220
Ресурс часов: 25000
A mm: 111
B mm: 60
Модель: LS-33 Elegant
Тип светодиода: SMD Samsung
Количество в ящике (шт): 50
Угол рассеивания, (C): 270
Производитель: Electrum

(Код: A-LS-1912)

91.15 грн

Наименование: Лампа светодиодная стандартная A60 LS-33 Elegant 10W E27 Ra90 4000K алюмопл. корп. A-LS-1912
Артикул: A-LS-1912
Мощность: 10
Световой поток: 850

Купить

Реактивная мощность — Continental Control Systems, LLC

ВВЕДИТЕ КЛЮЧЕВОЕ СЛОВО И НАЖМИТЕ ВВОД…

• Центр поддержки
• Технические статьи
• Реактивная мощность

Обзор

Реактивная мощность ( Q ) — это термин для обозначения мнимой (нереальной) мощности от индуктивных нагрузок, таких как двигатель, или емкостных нагрузок (реже). Обычно измеряется в единицах ВАр (реактивный вольт-ампер). Иногда реактивная мощность указывается в ваттах; это не совсем правильно, но не все устройства или программное обеспечение предлагают единицы VAR. Если реактивная мощность указана в ваттах, преобразование ватт в реактивные будет однозначно. Реактивная мощность НЕ включена в измерения реальной или активной мощности и энергии счетчиков WattNode. Счетчики WattNode, сообщающие о реактивной мощности, измеряют «основную реактивную мощность», которая не включает реактивные гармоники.

• Положительная реактивная мощность возникает из-за индуктивных нагрузок, таких как двигатели и трансформаторы (особенно при малых нагрузках).
• Отрицательная реактивная мощность вызвана емкостными нагрузками. Это могут быть осветительные балласты, приводы с регулируемой скоростью для двигателей, компьютерное оборудование и инверторы (особенно в режиме ожидания).

Примечание: некоторые производители используют противоположные знаки и считают отрицательную реактивную мощность индуктивной.

См. также

• Статья в Википедии о питании от сети переменного тока
• Статья в Википедии о вольт-амперном реактивном
• IEEE-Std-1459-2000: Определения IEEE для мощностей в системах с несинусоидальными формами сигналов и несбалансированными нагрузками
• Справочник по измерению электроэнергии , 10-е изд., Электрический институт Эдисона, Вашингтон, округ Колумбия, 2002 г., стр. 73-74.

Определения

“ …в научном сообществе нет единого мнения о понятии реактивной мощности в несинусоидальных условиях. Фактически, при наличии гармоник в напряжениях и/или токах обычное определение реактивной мощности больше не имеет смысла. ”—Антонио Каталиотти, IEEE Transactions On Power Delivery, vol. 23, нет. 3, июль 2008 г.

Существует множество конкурирующих определений реактивной мощности, включая следующие (названные в честь авторов оригинала):

• Budeanu
• Фрайз
• Кустерс и Мур
• Пастух и Закихани
• Шэрон / Чарнеки
• Рабочая группа IEEE
• (из статьи Википедии о вольт-амперной реактивной мощности) ВАр представляют собой произведение среднеквадратичного значения напряжения и тока или полной мощности на синус фазового угла между напряжением и током.

Реактивная мощность различных нагрузок

• Двигатель (без преобразователя частоты): реактивная мощность будет положительной и будет колебаться от примерно такой же, как реальная мощность для полностью нагруженного двигателя, до нескольких раз больше реальной мощности для малонагруженного мотор. Коэффициент мощности асинхронного двигателя изменяется в зависимости от нагрузки:

• Двигатель (с ЧРП): реактивная мощность будет небольшой и, как правило, отрицательной. Коэффициент водоизмещающей мощности обычно составляет 0,9 или выше.
• Люминесцентные лампы: коэффициент мощности более старых светильников с магнитными балластами может составлять от 0,38 до 0,58. Современные электронные балласты с коррекцией коэффициента мощности могут превышать 0,9.8.
• Газоразрядные лампы: с магнитными балластами может варьироваться от 0,4 до 0,6, а электронные балласты с коррекцией коэффициента мощности могут превышать 0,95.
• Лампы накаливания: реактивная мощность составляет примерно –10% активной мощности, что дает коэффициент мощности около 0,995. Мы считаем, что это связано с нагревом и охлаждением нити накала во время цикла переменного тока.
• Лампы накаливания с диммером: реактивная мощность изменяется от нуля до положительного реактивного значения, почти равного реальной мощности. Коэффициент мощности варьируется от 1,0 до 0,74.

Ключевые слова: кВАр

мощность — Что такое реактивная энергия?

В энергетике переменного тока реактивная энергия представляет собой электрическую энергию, которая накапливается, а не преобразуется в какую-либо другую форму энергии и, таким образом, «используется» или «потребляется». Реактивная мощность — это скорость передачи реактивной энергии от одного компонента накопителя к другому.

На приведенной ниже схеме показана типичная передача электроэнергии от электрической сети к месту использования. Напряжение источника подается пользователю и считается идеальным источником однофазного переменного напряжения. Нагрузку можно представить в виде резистора, включенного параллельно катушке индуктивности. Напряжение источника — это напряжение на обоих компонентах нагрузки.

Ток резистора находится в фазе с напряжением источника. Мгновенная форма сигнала мощности резистора представляет собой произведение тока резистора на напряжение источника. Минимальные точки на этой кривой лежат на оси X. Мощность всегда положительна, что указывает на то, что вся мощность передается от источника к резистору. Площадь под кривой представляет энергию, полученную резистором и рассеянную в виде тепла.

Ток катушки индуктивности отстает от напряжения источника на 90 градусов. Произведение напряжения источника и тока индуктора представляет собой синусоидальную волну, имеющую положительные и отрицательные значения, которые в среднем равны нулю. Поскольку это не представляет собой реальную мощность, это называется «вольт-ампер, реактивный» или «вар». Имеются равные площади выше и ниже кривой, показывающие энергию, полученную от источника и возвращенную в источник. Это реактивная энергия.

В идеальной схеме средняя и чистая передача реактивной энергии равна нулю. Однако есть реальная энергия, которая постоянно движется вперед и назад. В идеальной системе реактивная энергия генерируется, когда нагрузка подключена, передается туда и обратно, пока нагрузка подключена, и возвращается к источнику, когда нагрузка отключена. На самом деле при каждой передаче между нагрузкой и генератором теряется около 7% энергии. Коммунальное предприятие поместит некоторое количество конденсаторов на местные подстанции или даже на опоры ЛЭП. Используя свою тарифную структуру, коммунальные предприятия поощряют крупных пользователей приобретать собственные конденсаторы.

Общий вольт-ампер (ВА) представляет собой сумму мощности (ватт) и реактивного вольт-ампер (ВАр). Это показано как синусоида, которая опускается ниже нулевой оси.

Данные схемы для

Напряжение питания: 240 VRMS, 339.4 Vpeak

Текущий резистор: 200 рук (282,8 PK)

Текущий индуктор: 150 Руков (212,1 PK)

. Совместное: 353,8 шт.)

Мощность: 48 кВт (96 шт./шт.)

Реактивная мощность: 36 кВАр (72 шт./шт.)

Полная мощность: 60 кВА (120 пик-пиков)

чистая энергия не передается из-за реактивной составляющей импеданса нагрузки.

Нет чистой энергии, но это только потому, что энергия передается в обоих направлениях.

… реактивная энергия и соответствующие счетчики … какую энергию на самом деле показывают эти счетчики?

Они считывают скорость передачи энергии туда и обратно.

Если это «реактивная энергия», что они имеют в виду?

См. выше.

… Почему так определяют?

ВАР называются ВАР, чтобы отличать энергию, которая передается туда и обратно, от энергии, которая «потребляется». Энергия, которая «потребляется», имеет гораздо более высокую стоимость, чем энергия, которая просто передается туда и обратно, но у VAR все еще есть стоимость.

Учет коммунальных услуг

Единицей измерения, используемой нами для выставления счетов за коммунальные услуги, является киловатт-час. Это площадь под кривой мощности, интегрированная в расчетный цикл. Для производства ископаемого топлива энергия, измеренная счетчиком киловатт-часов, равна энергосодержанию входного топлива плюс потери, понесенные при производстве, передаче и распределении энергии. Большинство этих потерь прямо пропорциональны генерируемой энергии.

Коммунальные службы также могут измерять киловар-часы. Это площадь под кривой var, интегрированной в расчетный цикл без учета направления потока энергии.