Электроэнергия — Атлас Копко Россия

Поиск по вики-сайту о сжатом воздухе

• Основная информация
• Компрессоры
• Подготовка воздуха
• Владение
• Современные подходы

Compressed Air Wiki Basic Theory Electricity

Чтобы преобразовать воздух в сжатый воздух, нужна энергия. Эта энергия поступает в виде электроэнергии. Здесь мы узнаем о трех типах электрической мощности: активной, реактивной и полной мощности. Кроме того, мы рассмотрим понятие коэффициента мощности.

Что такое активная, реактивная и полная мощность?

Активная мощность P (в ваттах) представляет собой полезную мощность, которую можно использовать для работы. Ваттметр измеряет только ту составляющую тока, которая совмещена по фазе с напряжением. Это ток, протекающий через сопротивление в цепи. Реактивная мощность Q (V.Ar) является «бесполезной», «несинфазной» или «фантомной» мощностью и не может использоваться для работы. Однако она полезна для создания поля намагничивания, необходимого для двигателя. Полная мощность S (V.A) — это та мощность, которую необходимо потребить из сети, чтобы получить доступ к активной мощности.

Она включает активную и реактивную мощность, а также любые потери тепла в электрической распределительной системе.

Связь между активной, реактивной и полной мощностью обычно представляют в виде треугольника мощности.

Активная мощность для трехфазных систем в конфигурации «звезда» и «треугольник» составляет:

Что такое коэффициент мощности?

Фазовый угол выражает степень, до которой ток и напряжение не совпадают по фазе. Величина, известная как коэффициент мощности (PF), равна cos φ. Многие энергетические компании применяют штраф к своим потребителям в случае использования систем оборудования с низким отстающим коэффициентом мощности. Это связано с тем, что параметры электрического распределительного, передающего и генерирующего оборудования необходимо значительно увеличить, чтобы обеспечить полную мощность (сумма активной, реактивной мощности и потерь тепла), тогда как счета потребителям выставляются на основе потребления электроэнергии в кВтч (киловатт часах), учитывающих только активную мощность. Улучшение коэффициента мощности зачастую позволяет добиться значительной экономии затрат. Коэффициент мощности можно улучшить за счет уменьшения реактивной мощности путем:

• Использования оборудования с высоким коэффициентом мощности: дроссели освещения
• Использования синхронных двигателей, работающих на опережающем коэффициенте мощности при постоянной нагрузке
• Использования конденсаторов для улучшения коэффициента мощности

Другие статьи по этой теме

Read more

Введение в электричество

1 February, 2022

Узнайте об основах электричества и о той роли, которую оно играет в сжатии воздуха. Некоторые основные термины и определения.

Read more

Основные принципы работы электродвигателя воздушного компрессора

16 March, 2023

Для производства сжатого воздуха электродвигатели воздушного компрессора преобразуют электрическую энергию в механическую. В данном руководстве объясняется, как они работают.

Read more

Полная мощность

Помимо понятий активной и реактивной мощностей в электротехнике широко используется понятие полной мощности:

.

(6)

 

Активная, реактивная и полная мощности связаны следующим соотношением:

.

(7)

 

Отношение активной мощности к полной называют коэффициентом мощности. Из приведенных выше соотношений видно, что коэффициент мощности равен косинусу угла сдвига между током и напряжением. Итак,

.

(8)

 

Комплексная мощность

Активную, реактивную и полную мощности можно определить, пользуясь комплексными изображениями напряжения и тока. Пусть , а . Тогда комплекс полной мощности:

,

(9)

 

где — комплекс, сопряженный с комплексом .

.

К омплексной мощности можно поставить в соответствие треугольник мощностей (см. рис. 4). Рис. 4 соответствует  (активно-индуктивная нагрузка), для которого имеем:

.

Применение статических конденсаторов для повышения cos

Как уже указывалось, реактивная мощность циркулирует между источником и потребителем. Реактивный ток, не совершая полезной работы, приводит к дополнительным потерям в силовом оборудовании и, следовательно, к завышению его установленной мощности. В этой связи понятно стремление к увеличению в силовых электрических цепях.

Следует указать, что подавляющее большинство потребителей (электродвигатели, электрические печи, другие различные устройства и приборы) как нагрузка носит активно-индуктивный характер.

Если параллельно такой нагрузке (см. рис. 5), включить конденсатор С, то общий ток , как видно из векторной диаграммы (рис. 6), приближается по фазе к напряжению, т.

е. увеличивается, а общая величина тока (а следовательно, потери) уменьшается при постоянстве активной мощности . На этом основано применение конденсаторов для повышения .

Какую емкость С нужно взять, чтобы повысить коэффициент мощности от значения до значения ?

Разложим на активную и реактивную составляющие. Ток через конденсатор компенсирует часть реактивной составляющей тока нагрузки :

;

(10)

;

(11)

.

(12)

 

Из (11) и (12) с учетом (10) имеем

,

но , откуда необходимая для повышения емкость:

.

(13)

 

 

Баланс мощностей

Баланс мощностей является следствием закона сохранения энергии и может служить критерием правильности расчета электрической цепи.

а) Постоянный ток

Для любой цепи постоянного тока выполняется соотношение:

(14)

 

Это уравнение представляет собой математическую форму записи баланса мощностей: суммарная мощность, генерируемая источниками электрической энергии, равна суммарной мощности, потребляемой в цепи.

Следует указать, что в левой части (14) слагаемые имеют знак “+”, поскольку активная мощность рассеивается на резисторах. В правой части (14) сумма слагаемых больше нуля, но отдельные члены здесь могут иметь знак “-”, что говорит о том, что соответствующие источники работают в режиме потребителей энергии (например, заряд аккумулятора).

б) Переменный ток.

Из закона сохранения энергии следует, что сумма всех отдаваемых активных мощностей равна сумме всех потребляемых активных мощностей, т.е.

(15)

 

В ТОЭ доказывается (вследствие достаточной громоздкости вывода это доказательство опустим), что баланс соблюдается и для реактивных мощностей:

,

(16)

 

где знак “+” относится к индуктивным элементам , “-” – к емкостным .

Умножив (16) на “j” и сложив полученный результат с (15), придем к аналитическому выражению баланса мощностей в цепях синусоидального тока (без учета взаимной индуктивности):

или

.

Активная и реактивная мощность – x-engineer.

org

Введение

В цепях переменного тока (AC) передача электрической энергии и поведение электрических машин часто легче понять, работая с мощностью, а не с напряжениями и токами. Мощность может быть определена различными способами, применимость определения зависит от типа цепи.

Наиболее распространенное определение мощности: энергия, затрачиваемая в единицу времени [Дж/с] .

P [Вт] = E [Дж] / время [с]

В цепях переменного тока понятие мощности немного отличается в том смысле, что существует три типа мощности:

• активная мощность
• реактивная мощность
• Полная мощность

Активная мощность

Для лучшего понимания концепции активной мощности мы будем использовать простую цепь переменного тока, состоящую из источника синусоидального напряжения и резистора.

Изображение: Источник переменного напряжения с резисторной цепью

В этой простой схеме мы видим, что ток протекает через резистор R = 2 Ом, меняя свое направление. Если предположить, что напряжение переменного тока равно E [В], а ток равен I [А], мощность через резистор будет P [Вт] = EI.

Когда резистор включен в цепь переменного тока, он не изменит фазу (θ) между проходящим через него напряжением (E) и током (I). Другими словами, напряжение и ток, проходящие через резистор, находятся в фазе друг с другом . Если представить напряжение и ток, проходящие через резистор, в виде векторов (фазоров), они будут перекрываться.

Изображение: векторная диаграмма — резистор

Для лучшей визуализации этой концепции давайте создадим простую имитационную модель приведенной выше схемы с помощью Simetrix.

Изображение: Активная мощность – схема Simetrix

В этой имитационной модели у нас есть источник напряжения с амплитудой 162 В и частотой 60 Гц. Электрический ток будет течь через резистор сопротивлением 2 Ом. Измеряются напряжение, ток и мощность на резисторе, и результаты отображаются на изображении ниже.

Изображение: Активная мощность – график Simetrix

Как видно на верхнем графике, напряжение и ток совпадают по фазе, задержки между сигналами нет. Кроме того, мощность всегда положительна, будучи произведением напряжения и тока, которые имеют один и тот же знак, положительный или отрицательный. Мощность, которую мы измеряем на резисторе, равна активной мощности , потому что она всегда течет от источника (напряжение) к нагрузке (резистор). В чисто резистивной цепи вся мощность в цепи является активной мощностью.

В этом случае мощность преобразуется из одной формы в другую, например: из электричества в тепло, из механической в ​​электрическую и т. д. Это определение мощности обычно используется в физике и также известно как активная мощность или реальная мощность или реальная мощность .

В заключение, активная мощность P , также известная как истинная/реальная мощность , представляет собой мощность, которая преобразуется из одной формы в другую (например, электричество в тепло) и измеряется в Вт [Вт] . Мощность в чисто резистивной электрической цепи представляет собой полностью активную мощность.

Пример расчета активной мощности

Рассчитайте активную мощность, рассеиваемую на резисторе R = 2 Ом в цепи переменного тока при пиковом напряжении E _пик = 162 В и частоте f = 60 Гц. Визуализируйте функцию напряжения, тока и мощности от времени t [с] на графике вместе с их пиковыми и среднеквадратичными значениями.

Шаг 1 . Рассчитать E _{среднеквадратичное значение} = E _пик / √2 = 162 / √2 = 114,55 В

Шаг 2 . Рассчитать I _пик = E _пик / R = 162 / 2 = 81 A

Шаг 3 . Вычислить I _{среднеквадратичное значение} = I _{пиковое значение} / √2 = 81 / √2 = 57,28 А

Шаг 4 . Рассчитайте активную мощность P = E _{действ.} ⋅ I _{действ.} = 114,55 ⋅ 57,28 = 6,56 кВт

Шаг 5 . Визуализируйте функцию напряжения, тока и мощности от времени t [с] на графике.

Изображение: График напряжения, тока и активной мощности

Реактивная мощность

Когда электрическая цепь переменного тока содержит катушку индуктивности или конденсатор в дополнение к резистору, мощность, содержащаяся в этой цепи, не является полностью активной/истинной/реальной. Это связано с тем, что катушка индуктивности и конденсатор могут накапливать энергию в виде магнитных или электрических полей и возвращать ее обратно в цепь в виде электрической энергии.

В схеме ниже мы последовательно соединяем источник переменного напряжения, резистор и катушку индуктивности.

Изображение: источник переменного напряжения с цепью резистор-индуктор

Ток все еще проходит через компоненты, меняя свое направление, но в этом случае между напряжением и током имеется фазовая задержка 90º. Эта фазовая задержка возникает из-за индуктора, который преобразует энергию из электрической формы в магнитную и обратно. Если мы представим вектор напряжения и тока для приведенной выше схемы, мы получим следующее:

Изображение: векторная диаграмма — индуктор

Напряжение 0021 опережает ток с фазовой задержкой 90º.

Чтобы объяснить понятие реактивной мощности, мы будем использовать простую электрическую цепь переменного тока, которая содержит источник переменного напряжения с амплитудой 120 В и частотой 60 Гц, резистор 1 мкОм и катушку индуктивности 5 мГн (см. ниже). Сопротивление установлено очень низким, чтобы иметь «чисто» индуктивную цепь.

Изображение: Реактивная мощность — схема Simetrix

Мощность измеряется на выводе катушки индуктивности и напряжение на ней. Измерение тока выполняется перед резистором, но одинаково для обоих компонентов, соединенных последовательно. Эта схема смоделирована в Simetrix, и результаты показаны ниже.

Изображение: Реактивная мощность – график Simetrix

По результатам моделирования мало что можно заметить. Во-первых, мы видим, что ток отстает от напряжения с фазовой задержкой 90º. Кроме того, мощность на катушке индуктивности меняет знак, будучи либо положительной, либо отрицательной. Изменение знака означает, что мощность течет от источника напряжения к индуктору (положительная мощность) и от индуктора к источнику напряжения (отрицательная мощность). Мощность, отображаемая на графике, равна чисто 9.0021 реактивный , что означает, что он вообще не рассеивается в виде тепла. Реактивная мощность также известна как мнимая мощность .

Это изменение знака мощности связано с поведением индуктора, который заряжается энергией из цепи, а затем разряжает ту же энергию обратно в цепь. Можно сказать, что энергия «перерабатывается» и не используется для производства тепла или механической работы.

Изображение: источник переменного напряжения со схемой резистор-индуктор-переключатель

Схема выше помогает объяснить, как ведет себя индуктор и как энергия преобразуется из электрической формы в магнитную и обратно. Схема разделена на две части: цепь зарядки (слева) и цепь разряда (справа). Активация/деактивация каждой цепи осуществляется с помощью переключателя S. Действие зарядки/разрядки связано с катушкой индуктивности. При зарядке катушки индуктивности мощность от источника напряжения (12 В) разделяется на две части: активная/активная мощность, рассеиваемая резистором R ₁ = 140 Ом и реактивная/мнимая мощность, запасенная в катушке индуктивности L = 3H.

Когда переключатель S размыкает цепь зарядки, он также замыкает цепь разрядки. В этом состоянии запасенная в индукторе энергия разряжается через резистор R ₂ = 140 Ом. В фазе разряда вся электрическая мощность в цепи разряда представляет собой активную мощность из-за того, что она проходит через резистор, а катушка индуктивности теряет накопленную энергию.

Мощность, которая течет туда и обратно между источником и нагрузкой, называется реактивной или мнимой мощностью . Символ реактивной мощности — Q , и он также рассчитывается как произведение напряжения на ток, но единицей измерения является Вольт-ампер реактивный [ВАР] .

Из-за увеличения и уменьшения магнитного поля (катушка индуктивности) или электрического поля (конденсатор) реактивная мощность (Q) забирает мощность из цепи переменного тока, что затрудняет прямую подачу активной мощности (P) к цепи или нагрузке.

Пример расчета реактивной мощности

Рассчитайте реактивную мощность в катушке индуктивности L = 5 мГн в цепи переменного тока с пиковым напряжением E _пик = 162 В и частотой f = 60 Гц.

Шаг 1 . Рассчитать E _rms = E _пик / √2 = 162 / √2 = 114,55 В

Шаг 2 . Рассчитайте индуктивное сопротивление X _L = 2 ⋅ π ⋅ f ⋅ L = 2 ⋅ π ⋅ 60 ⋅ 5⋅10 ^-3 = 1,885 Ом

Шаг 3 . Вычислите I _пик = E _пик / X _L = 162 / 1,885 = 85,994 A

Шаг 4 . Вычислите I _rms = I _пик / √2 = 85,994 / √2 = 60,771 А

Шаг 5 . Расчет реактивной мощности Q = E _{действующее значение} ⋅ I _{действующее значение} = 114,55 ⋅ 60,771 = 6,9614 ВАР

Итог

Основные различия между активной и реактивной мощностью приведены в таблице ниже.

Активная мощность	Реактивная мощность
Реальная мощность, используемая/потребляемая/рассеиваемая цепью/нагрузкой	любая полезная работа
Всегда положительный, не меняет направление	Может быть положительным или отрицательным, периодически меняет направление
Поток только от источника к нагрузке/контуру	Потоки от источника к нагрузке или обратно, от нагрузки к источнику
Обозначается буквой P и измеряется в ваттах, P [Вт]	Обозначается буквой Q и измеряется в вольт-ампер-реактивных, Q [ VAR]
Измерено в реальной цепи с помощью ваттметра	Измерено в реальной цепи с помощью варметра
Вырабатывает полезную работу, например, механическую энергию, тепло или свет	Не производит полезную работу, только колеблется назад и далее между источником и нагрузкой/контуром
Зависит от рассеивающих элементов цепи (сопротивление)	Зависит от индуктивных или емкостных элементов цепи (реактивное сопротивление)
Максимум в чисто резистивной цепи	Это’ s максимум в чисто индуктивном или емкостная цепь

Ссылки

[1] Теодор Уилди, Электрические машины, приводы и энергосистемы, 6-е издание, Pearson, 2005.
[2] Стэн Гибилиско, Научитесь электричеству и электронике, 3-е издание, McGraw-Hill , 2001.

Что такое реактивная мощность и что происходит в фотогальванической установке?

По Озеленение-е / 7 августа 2020 г.

Наш коллега

Серхио Фернандес из нашей делегации в Марокко описывает влияние реактивной мощности на фотогальваническую установку.

Генерация реактивной мощности в энергетических системах обычно является одной из самых больших головоломок промышленной установки для менеджеров по энергетике и их операторов.

Действительно, это связано с неисправностью установки, а также с возможными санкциями со стороны энергосбытовой компании.

Давайте начнем с обновления теоретических понятий, связанных с энергией:

В треугольнике мощностей есть активная мощность , реактивная мощность и полная мощность . Активная мощность (Р) — это мощность, способная совершать полезную работу, то есть хорошая мощность. Реактив (Q) не производит полезной работы, но генерирует электрические и магнитные поля, которые могут быть вредными. Полная мощность (S) – это полная мощность, полученная в результате сложения активной и реактивной мощностей. Разница между этими векторами образует угол, называемый фи . Косинус этого угла называется коэффициентом мощности и обычно рассчитывается как отношение активной мощности к полной мощности.

Это значение позволяет количественно оценить использование активной мощности по сравнению с полной мощностью и может принимать значения от -1 до 1. Чем ближе коэффициент мощности к 1, тем лучше .

Полная мощность измеряется в вольт-ампер (ВА) , активная мощность в ватт (Вт) и реактивная мощность реактивный вольт (вар).

Когда мощность потребляется в течение определенного времени, она становится энергией. Энергия активной мощности составляет ватт-час (Втч), т. е. количество энергии, потребляемой в течение одного часа.

Поскольку единица измерения предыдущих степеней ВА, ВАР или Вт является небольшой единицей, мы добавляем префикс «кило» (к) , который умножается на тысячу, и это более привычно сегодня. Аналогично для префиксов мега (M) или гига (G). В этом секторе все чаще встречается: «Установка двух пиковых мегаватт (2 МВт-пик) и производство трех целых и семи гигаватт-часов в год (3,7 ГВт-ч)».

Вышеизложенное является теоретической частью. Реактивная мощность обычно известна как плохая энергия, которая появляется, когда у нас есть машины и двигатели. Мы говорим, что реактивная мощность плохая, потому что она не производит эффективной работы , а она есть, когда есть катушки и их надо снабжать энергией.

Что происходит, когда заказчик просит нас спроектировать фотоэлектрическую установку?

Естественно, наша первая и самая главная цель — обеспечить экономию энергии и денег для нашего клиента . Для этого мы поставили перед собой основную цель по снижению потребления активной энергии (кВтч). Но как влияет понятие «другие»? Эта концепция счета, столь распространенная в промышленных установках, где так распространены индуктивные и емкостные нагрузки, и которая также добавляется к счету нашего клиента, увеличивается за счет вырабатываемой реактивной энергии.

Что мы можем сделать, чтобы исправить это?

Мы должны учитывать, что инвертор обычно производит активную мощность, потому что cos phi мощности, которую нам дает инвертор, практически всегда равен 1. Другими словами, в солнечном поле генерируется только активная мощность (и с волна достаточного качества, кстати). Наиболее рекомендуемое решение — дополнить нашу установку конденсаторной батареей , окупаемость которой в большинстве случаев составляет от одного до двух лет. Таким образом, мы уменьшаем активную мощность нашей фотогальванической установки и реактивную мощность конденсаторной батареи, генерирующей емкостную энергию (в настоящее время это не влияет на наш счет).