Активна та реактивна енергія – тсж горизонт перм. Що таке активна, реактивна та повна потужність – просте пояснення

При розрахунку електричної потужності, що споживається будь-яким електротехнічним або побутовим пристроєм, зазвичай враховується так звана повна потужність електричного струму, що виконує певну роботу ланцюга даного навантаження. Під поняттям «повна потужність» мається на увазі вся та потужність, яка споживається електроприладом і включає як активну складову, так і складову реактивну, яка в свою чергу визначається типом використовуваного в ланцюгу навантаження. Активна потужність завжди вимірюється і вказується у Ват (Вт), а повна потужність наводиться зазвичай у вольт-амперах (ВА). Різні прилади - споживачі електричної енергії можуть працювати у ланцюгах, що мають як активну, так і реактивну складову електричного струму.

Активна складоваспоживаної будь-яким навантаженням потужності електричного струму робить корисну роботу і трансформується в необхідні нам види енергії (теплову, світлову, звукову і т.п.). Окремі електроприлади працюють в основному на цій складовій потужності. Це - лампи розжарювання, електроплити, обігрівачі, електропечі, праски та ін.
При зазначеному в паспорті приладу значенні активної споживаної потужності 1 кВт він споживатиме від мережі повну потужність 1кВА.

Реактивна складоваелектричного струму виникає тільки в ланцюгах, що містять реактивні елементи (індуктивності та ємності) і витрачається зазвичай на марний нагрів провідників, з яких складено цей ланцюг. Прикладом таких реактивних навантажень є електродвигуни різного типу, переносні електроінструменти (електродрелі, «болгарки», штроборізи тощо), а також різна побутова електронна техніка. Повна потужність цих приладів, що вимірюється у вольт-амперах, і активна потужність (у ватах) співвідносяться між собою через коефіцієнт потужності cosφ, який може набувати значення від 0,5 до 0,9. На цих приладах зазвичай вказується активна потужність у ватах і значення коефіцієнта cosφ. Для визначення повної споживаної потужності ВА необхідно величину активної потужності (Вт) розділити на коефіцієнт cosφ.

Приклад: якщо на електродрилі вказана величина потужності 600 Вт і cosφ = 0,6, то звідси випливає, що повна потужність, що споживається інструментом, становить 600/0,6=1000 ВА. За відсутності даних cosφ можна брати його приблизне значення, яке для домашнього електроінструменту становить приблизно 0,7.

При розгляді питання активної і реактивної складових електроенергії (точніше - її потужності), зазвичай мають на увазі ті явища, які у ланцюгах змінного струму. Виявилося, що різні навантаження в ланцюгах змінного струму поводяться зовсім по-різному. Одні навантаження використовують енергію, що передається, за прямим призначенням (тобто - для здійснення корисної роботи), а інший тип навантажень спочатку цю енергію запасає, а потім знову віддає її джерелу електроживлення.

На вигляд своєї поведінки в ланцюгах змінного струму, різні споживчі навантаження діляться на такі два типи:

1. Активний тип навантаженняпоглинає всю енергію, що отримується від джерела і перетворює її на корисну роботу (світло від лампи, наприклад), причому форма струму в навантаженні в точності повторює форму напруги на ній (зсув фаз відсутня).

2. Реактивний тип навантаженняхарактеризується тим, що спочатку (протягом деякого проміжку часу), у ньому відбувається накопичення енергії, що постачається джерелом живлення. Потім запасена енергія (протягом певного проміжку часу) віддається назад у джерело. До подібних навантажень відносяться такі елементи електричних ланцюгів, як конденсатори та котушки індуктивності, а також пристрої, що їх містять. При цьому в такому навантаженні між напругою і струмом є зсув фаз, рівний 90 градусів. Оскільки основною метою існуючих систем електропостачання є корисна доставка електроенергії від виробника безпосередньо до споживача (а не перекачування її туди і назад) - реактивна складова потужності вважається шкідливою характеристикою ланцюга.

Втрати на реактивну складову у мережі безпосередньо з величиною розглянутого вище коефіцієнта потужності, тобто. що вище cosφ споживача, то менше будуть втрати потужності лінії і дешевше обійдеться передача електроенергії споживачеві.
Таким чином, саме коефіцієнт потужності вказує на те, наскільки ефективно використовується робоча потужність джерела електроенергії. З метою підвищення величини коефіцієнта потужності (cosφ) у всіх видах електричних установок застосовуються спеціальні прийоми компенсації реактивної потужності.
Зазвичай збільшення коефіцієнта потужності (за рахунок зменшення зсуву фаз між струмом і напругою - кута φ) в діючу мережу включають спеціальні компенсуючі пристрої, що становлять допоміжні генератори випереджаючого (ємнісного) струму.
Крім того, дуже часто для компенсації втрат, що виникають через індуктивну складову ланцюга, в ній використовуються батареї конденсаторів, що підключаються паралельно до робочого навантаження і використовуються як синхронні компенсатори.

Побачила в інтернеті енергозберігаючі пристрої, які, як я зрозуміла, просто включаються в найближчу до лічильника розетку. Може, хто користувався? Чи справді економлять енергію? І ще пишуть, що вони підвищують якість електроенергії і таким чином запобігають псуванню електроприладів. Хотілося б почути відгуки.

Активна складова споживаної будь-яким навантаженням потужності електричного струму робить корисну роботу і трансформується в необхідні нам види енергії (теплову, світлову, звукову тощо). Окремі електроприлади працюють в основному на цій складовій потужності. Це - лампи розжарювання, електроплити, обігрівачі, електропечі, праски та ін.
При зазначеному в паспорті приладу значенні активної споживаної потужності 1 кВт він споживатиме від мережі повну потужність 1кВА.

Реактивна складова електричного струму виникає тільки в ланцюгах, що містять реактивні елементи (індуктивності та ємності) і витрачається зазвичай на марний нагрів провідників, з яких складено цей ланцюг. Прикладом таких реактивних навантажень є електродвигуни різного типу, переносні електроінструменти (електродрелі, «болгарки», штроборізи тощо), а також різна побутова електронна техніка. Повна потужність цих приладів, що вимірюється у вольт-амперах, і активна потужність (у ватах) співвідносяться між собою через коефіцієнт потужності cosφ, який може набувати значення від 0,5 до 0,9. На цих приладах зазвичай вказується активна потужність у ватах і значення коефіцієнта cosφ. Для визначення повної споживаної потужності ВА необхідно величину активної потужності (Вт) розділити на коефіцієнт cosφ.

На вигляд своєї поведінки в ланцюгах змінного струму, різні споживчі навантаження діляться на такі два типи:

1. Активний тип навантаження поглинає всю енергію, що отримується від джерела і перетворює її на корисну роботу (світло від лампи, наприклад), причому форма струму в навантаженні в точності повторює форму напруги на ній (зсув фаз відсутня).

2. Реактивний тип навантаження характеризується тим, що спочатку (протягом деякого проміжку часу), у ньому відбувається накопичення енергії, що постачається джерелом живлення. Потім запасена енергія (протягом певного проміжку часу) віддається назад у джерело. До подібних навантажень відносяться такі елементи електричних ланцюгів, як конденсатори та котушки індуктивності, а також пристрої, що їх містять. При цьому в такому навантаженні між напругою і струмом є зсув фаз, рівний 90 градусів. Оскільки основною метою існуючих систем електропостачання є корисна доставка електроенергії від виробника безпосередньо до споживача (а не перекачування її туди і назад) - реактивна складова потужності вважається шкідливою характеристикою ланцюга.

З листа клієнта:
Підкажіть, заради Бога, чому потужність ДБЖ вказується у Вольт-Амперах, а не у звичних для всіх кіловат. Це сильно напружує. Адже всі вже давно звикли до кіловатів. Та й потужність всіх приладів здебільшого вказана у кВт.
Олексій. 21 червня 2007

У технічних характеристиках будь-якого ДБЖ вказані повна потужність [кВА] та активна потужність [кВт] – вони характеризують здатність навантаження ДБЖ. Наприклад, див. фотографії нижче:

Потужність не всіх приладів вказана у Вт, наприклад:

Потужність трансформаторів вказується у ВА:
http://www.mstator.ru/products/sonstige/powertransf (трансформатори ТП: см додаток)
http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (трансформатори ТСГЛ: см додаток)
Потужність конденсаторів вказується у Варах:
http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (конденсатори K78-39: см додаток)
http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (конденсатори КК: см додаток)
Приклади інших навантажень - див.

Потужні характеристики навантаження можна точно задати одним єдиним параметром (активна потужність в Вт) тільки для випадку постійного струму, так як в ланцюзі постійного струму існує єдиний тип опору - активний опір.

Потужні характеристики навантаження для випадку змінного струму неможливо точно задати одним єдиним параметром, так як в ланцюзі змінного струму існує два різні типи опору - активний і реактивний. Тому лише два параметри: активна потужність та реактивна потужність точно характеризують навантаження.

Принцип дії активного та реактивного опорів зовсім різний. Активний опір – незворотно перетворює електричну енергію на інші види енергії (теплову, світлову тощо) – приклади: лампа розжарювання, електронагрівач (параграф 39, Фізика 11 клас В.А. Касьянов М.: Дрофа, 2007).

Реактивне опір – поперемінно накопичує енергію потім видає її у мережу – приклади: конденсатор, котушка індуктивності (параграф 40,41, Фізика 11 клас В.А. Касьянов М.: Дрофа, 2007).

Далі в будь-якому підручнику з електротехніки Ви можете прочитати, що активна потужність (розсіювана на активному опорі) вимірюється у ВАТ, а реактивна потужність (циркулює через реактивний опір) вимірюється у варах; так само для характеристики потужності навантаження використовують ще два параметри: повну потужність та коефіцієнт потужності. Всі ці 4 параметри:

Активна потужність: позначення P, одиниця виміру: Ватт
Реактивна потужність: позначення Q, одиниця виміру: ВАр(Вольт Ампер реактивний)
Повна потужність: позначення S, одиниця виміру: ВА(Вольт Ампер)
Коефіцієнт потужності: позначення kабо cosФ, одиниця виміру: безрозмірна величина

Ці параметри пов'язані співвідношеннями: S * S = P * P + Q * Q, cos Ф = k = P / S

Також cosФназивається коефіцієнтом потужності ( Power Factor – PF)

Тому в електротехніці для характеристики потужності задаються будь-які два з цих параметрів, оскільки інші можуть бути знайдені з цих двох.

Наприклад, електромотори, лампи (розрядні) – у тих. даних зазначені P[кВт] та cosФ:
http://www.mez.by/dvigatel/air_table2.shtml (двигуни АІР: див. додаток)
http://www.mscom.ru/katalog.php?num=38 (лампи ДРЛ: див. додаток)
(Приклади технічних даних різних навантажень див. додаток нижче)

Те саме і з джерелами харчування. Їхня потужність (навантажувальна здатність) характеризується одним параметром для джерел живлення постійного струму – активна потужність (Вт), і двома параметрами для іст. живлення змінного струму. Зазвичай цими двома параметрами є повна потужність (ВА) та активна (Вт). наприклад, параметри ДГУ та ДБЖ.

Більшість офісної та побутової техніки, активні (реактивний опір відсутня чи мало), тому їх потужність вказується у Ваттах. У цьому випадку під час розрахунку навантаження використовується значення потужності ДБЖ у Ваттах. Якщо навантаженням є комп'ютери з блоками живлення (БП) без корекції вхідного коефіцієнта потужності (APFC), лазерний принтер, холодильник, кондиціонер, електромотор (наприклад, занурювальний насос або мотор у складі верстата), люмінісцентні баластові лампи та ін. – при розрахунку використовуються всі вих . дані ібп: кВА, кВт, перевантажувальні характеристики та ін.

Див. підручники з електротехніки, наприклад:

1. Євдокимов Ф. Є. Теоретичні основи електротехніки. - М: Видавничий центр "Академія", 2004.

2. Нємцов М. В. Електротехніка та електроніка. - М: Видавничий центр "Академія", 2007.

3. Частоїдів Л. А. Електротехніка. - М: Вища школа, 1989.

Також див. AC Power, Power factor, Electrical resistance, Reactance http://en.wikipedia.org
(Переклад: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)

додаток

Приклад 1: потужність трансформаторів та автотрансформаторів вказується у ВА (Вольт·Амперах)

http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (трансформатори ТСГЛ)

Однофазні автотрансформатори
TDGC2-0.5 kVa, 2A		АОСН-2-220-82
TDGC2-1.0 kVa, 4A	Латр 1.25	АОСН-4-220-82
TDGC2-2.0 kVa, 8A	Латр 2.5	АОСН-8-220-82
TDGC2-3.0 kVa, 12A
TDGC2-4.0 kVa, 16A
TDGC2-5.0 kVa, 20A		АОСН-20-220
TDGC2-7.0 kVa, 28A
TDGC2-10 kVa, 40A		АОМН-40-220
TDGC2-15 kVa, 60A
TDGC2-20 kVa, 80A

http://www.gstransformers.com/products/voltage-regulators.html (ЛАТР / лабораторні автотрансформатори TDGC2)

Приклад 2: потужність конденсаторів вказується у Варах (Вольт Амперах реактивних)

http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (конденсатори K78-39)

http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (конденсатори КК)

Приклад 3: технічні дані електромоторів містять активну потужність (кВт) та cosФ

Для таких навантажень як електромотори, лампи (розрядні), комп'ютерні блоки живлення, комбіновані навантаження та ін. - в технічних даних зазначені P [кВт] та cosФ (активна потужність та коефіцієнт потужності) або S [кВА] та cosФ (повна потужність та коефіцієнт потужності).

http://www.weiku.com/products/10359463/Stainless_Steel_cutting_machine.html
(Комбінована навантаження - верстат плазмового різання сталі / Inverter Plasma cutter LGK160 (IGBT)

http://www.silverstonetek.com.tw/product.php?pid=365&area=en (блок живлення ПК)

Додаток 1

Якщо навантаження має високий коефіцієнт потужності (0.8…1.0), то її властивості наближаються до активного навантаження. Таке навантаження є ідеальним як мережної лінії, так джерел електроенергії, т.к. не породжує реактивних струмів та потужностей у системі.

Тому в багатьох країнах прийнято стандарти, що нормують коефіцієнт потужності обладнання.

Додаток 2

Устаткування однонавантажувальне (наприклад, БП ПК) та багатоскладове комбіноване (наприклад, фрезерний промисловий верстат, що має у складі кілька моторів, ПК, освітлення та ін.) мають низькі коефіцієнти потужності (менше 0.8) внутрішніх агрегатів (наприклад, випрямляч БП ПК або електромотор мають коефіцієнт потужності 0.6.. 0.8). Тому в даний час більшість обладнання має вхідний блок коректора коефіцієнта потужності. В цьому випадку вхідний коефіцієнт потужності дорівнює 0.9...1.0, що відповідає нормативним стандартам.

Додаток 3. Важливе зауваження щодо коефіцієнта потужності ДБЖ та стабілізаторів напруги

Навантажувальна здатність ДБЖ та ДДУ нормована на стандартне промислове навантаження (коефіцієнт потужності 0.8 з індуктивним характером). Наприклад, ДБЖ 100 кВА/80 кВт. Це означає, що пристрій може мати активне навантаження максимальної потужності 80 кВт, або змішане (активно-реактивне) навантаження максимальної потужності 100 кВА з індуктивним коефіцієнтом потужності 0.8.

У стабілізаторах напруги справа інакша. Для стабілізатора коефіцієнт потужності навантаження байдужий. Наприклад, стабілізатор напруги 100 кВА. Це означає, що пристрій може живити активне навантаження максимальної потужності 100 кВт, або будь-яку іншу (чисто активну, реактивну, змішану) потужністю 100 кВА або 100 кВАр з будь-яким коефіцієнтом потужності ємнісного або індуктивного характеру. Зверніть увагу, що це справедливо для лінійного навантаження (без вищих гармонік струму). При великих гармонічних спотвореннях струму навантаження (високий КНД) вихідна потужність стабілізатора знижується.

Додаток 4

Наочні приклади чистого активного та чистого реактивних навантажень:

До мережі змінного струму 220 VAC підключена лампа розжарювання 100 Вт – скрізь у ланцюзі є струм провідності (через провідники проводів та вольфрамову волосину лампи). Характеристики навантаження (лампи): потужність S=P~=100 ВА=100 Вт, PF=1 => вся електрична потужність активна, а значить вона повністю поглинається в лампі і перетворюється на потужність тепла та світла.
До мережі змінного струму 220 VAC підключений неполярний конденсатор 7 мкФ - в ланцюзі проводів є струм провідності, всередині конденсатора йде струм зміщення (через діелектрик). Характеристики навантаження (конденсатора): потужність S = Q ~ = 100 ВА = 100 ВАр, PF = 0 => вся електрична потужність реактивна, а значить вона постійно циркулює від джерела до навантаження і назад, знову до навантаження і т.д.

Додаток 5

Для позначення переважаючого реактивного опору (індуктивного чи ємнісного) коефіцієнту потужності приписується символ:

+ (Плюс)– якщо сумарний реактивний опір індуктивний (приклад: PF=+0.5). Фаза струму відстає від фази напруги кут Ф.

- (мінус)– якщо сумарний реактивний опір є ємнісним (наприклад: PF=-0,5). Фаза струму випереджає фазу напруги кут Ф.

Додаток 6

Додаткові запитання

Питання 1:
Чому в усіх підручниках електротехніки при розрахунку ланцюгів змінного струму використовують уявні числа/величини (наприклад, реактивна потужність, реактивний опір та ін.), які не існують у реальності?

Відповідь:
Так, всі окремі величини в навколишньому світі – дійсні. У тому числі температура, реактивний опір і т.д. Використання уявних (комплексних) чисел – це лише математичний прийом, який полегшує обчислення. В результаті обчислення виходить обов'язково дійсне число. Приклад: реактивна потужність навантаження (конденсатора) 20кВАр – це реальний потік енергії, тобто реальні Вати, що циркулюють у ланцюзі джерело-навантаження. Але щоб відрізнити ці Ватти від Ваттов, безповоротно поглащаемых навантаженням, ці «Ватти, що циркулюють» вирішили називати Вольт·Амперами реактивними.

Примітка:
Раніше у фізиці використовувалися лише одиночні величини і при розрахунку всі математичні величини відповідали реальним величинам навколишнього світу. Наприклад, відстань дорівнює швидкість помножити на час (S = v * t). Потім з розвитком фізики, тобто у міру вивчення складніших об'єктів (світло, хвилі, змінний електричний струм, атом, космос та ін.) з'явилася така велика кількість фізичних величин, що розраховувати кожну окремо стало неможливо. Це проблема як ручного обчислення, а й проблема складання програм для ЕОМ. Аби вирішити це завдання близькі одиночні величини стали об'єднувати у складніші (що включають 2 і більше одиночних величин), підпорядковуються відомим у математиці законам перетворення. Так з'явилися скалярні (поодинокі) величини (температура та ін), векторні та комплексні здвоєні (імпеданс та ін), векторні будовені (вектор магнітного поля та ін), і більш складні величини – матриці та тензори (тензор діелектричної проникності, тензор Річчі та ін.). Для спрощення розрахунків в електротехніці використовуються такі уявні (комплексні) здвоєні величини:

Повний опір (імпеданс) Z = R + iX
Повна потужність S = P + iQ
Діелектрична проникність e=e"+ie"
Магнітна проникність m=m"+im"
та ін.

Питання 2:

На сторінці http://en.wikipedia.org/wiki/Ac_power показані S P Q Ф на комплексній, тобто уявній/неіснуючій площині. Який стосунок це все має до реальності?

Відповідь:
Проводити розрахунки з реальними синусоїдами складно, тому для спрощення обчислень використовують векторне (комплексне) подання як на рис. вище. Але це не означає, що показані на малюнку S P Q не мають відношення до реальності. Реальні величини S P Q можуть бути представлені у звичайному вигляді на основі вимірювань синусоїдальних сигналів осцилографом. Величини S P Q Ф I U в ланцюзі змінного струму «джерело-навантаження» залежать від навантаження. Нижче показаний приклад реальних синусоїдальних сигналів S P Q і Ф для випадку навантаження що складається з послідовно з'єднаних активного та реактивного (індуктивного) опорів.

Питання 3:
Звичайними струмовими кліщами і мультиметром виміряний струм навантаження 10 A, і напруга на навантаженні 225 В. Перемножуємо та отримуємо потужність навантаження Вт: 10 A · 225В = 2250 Вт.

Відповідь:
Ви отримали (розрахували) повну потужність навантаження 2250 ВА. Тому ваша відповідь буде справедливою тільки, якщо ваше навантаження чисто активне, тоді справді Вольт Ампер дорівнює Ватту. Для інших типів навантажень (наприклад електромотор) – немає. Для вимірювання всіх характеристик будь-якого довільного навантаження необхідно використовувати аналізатор мережі, наприклад APPA137:

Див. додаткову літературу, наприклад:

Євдокимов Ф. Є. Теоретичні основи електротехніки. - М: Видавничий центр "Академія", 2004.

Нємцов М. В. Електротехніка та електроніка. - М: Видавничий центр "Академія", 2007.

Частоєдов Л. А. Електротехніка. - М: Вища школа, 1989.

AC Power, Power factor, Electrical resistance, Reactance
http://en.wikipedia.org (переклад: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)

Теорія та розрахунок трансформаторів малої потужності Ю.Н.Стародубцев / РадіоСофт Москва 2005 / rev d25d5r4feb2013

Потужність буває активна, а повна. Постає питання, повна чим? А ось, мовляв, тим, що нам служить на користь, що робить нам корисну роботу, але й… виявляється, це ще не все. Ще є друга складова, яка виходить такою собі доважкою, і вона просто спалює енергію. Гріє те, що не треба, а нам від цього ні жарко, ні холодно.

Така потужність називається реактивною. Але винні, хоч як це дивно, ми самі. Вірніше, наша система вироблення, передачі та споживання електроенергії.

Потужність активна, реактивна та повна

Ми користуємося електрикою за допомогою мереж змінного струму. Напруга у нас у мережах кожну секунду коливається 50 разів від мінімального значення до максимального. Це так вийшло. Коли винаходили електричний генератор, який механічний рух перетворює на електрику, виявилося, що perpetuum mobile, або, перевівши з латинського, вічний рух, найлегше влаштувати по колу. Винайшли колись колесо, і з того часу знаємо, що якщо його підвісити на осі, то можна крутити довго-довго, а воно залишатиметься на тому самому місці - на осі.

Чому у нас в мережі напруга змінна

І електричний генератор має вісь і щось, що на ній обертається. А в результаті і виходить електрична напруга. Тільки генератор складається з двох частин: обертової, ротора, і нерухомої, статора. І обидві вони беруть участь у виробленні електроенергії. А коли одна частина крутиться біля іншої, то неминуче точки поверхні частини, що обертається, то наближаються до точок поверхні нерухомої, то від них віддаляються. І це спільне їхнє становище з неминучістю описується лише однією математичною функцією - синусоїдою. Синусоїда є проекція обертання по колу однією з геометричних осей. Але таких осей можна побудувати багато. Зазвичай, наші координати один одному перпендикулярні. І тоді при обертанні по колу деякої точки на одній осі проекцією обертання буде синусоїда, а по іншій - косинусоїда, або та ж синусоїда, тільки зміщена відносно першої на чверть повороту, або на 90 °.

Ось щось таке і є напругою, яку доводить до нашої квартири електрична мережа.

кут повороту тут розбитий не на 360 градусів,
а на 24 розподіли. Тобто один поділ відповідає 15°
6 поділів = 90°

Отже, напруга в нашій мережі синусоїдальна з частотою 50 герц і амплітудою 220 вольт, тому що зручніше було робити генератори, які виробляють саме змінну напругу.

Вигода від змінної напруги – вигода системи

А щоб зробити напругу постійною, треба спеціально її випрямити. І це можна робити або прямо в генераторі (спеціально сконструйованому - тоді він стане генератором постійного струму), або колись потім. Ось це «колись» і вийшло знову дуже доречним, тому що змінну напругу можна перетворювати трансформатором - підвищувати або знижувати. Це виявилося другою зручністю змінної напруги. А підвищивши його трансформаторами до напруг буквально запобіжні (півмільйона вольт і більше), можна передавати на гігантські відстані по проводах без гігантських при цьому втрат. І це теж довелося цілком доречним у нашій великій країні.

Ось, довівши, все-таки, напруга до нашої квартири, знизивши її до хоч скількись мислимої (хоча все ще й небезпечної) величини в 220 вольт, перетворити її на постійне знову забули. Та й навіщо? Лампочки горять, холодильник працює, телевізор показує. Хоча в телевізорі цих постійних/змінних напруг… але не будемо тут ще й про це.

Збитки від змінної напруги

І ось ми користуємося мережею змінної напруги.

А в ній присутня «плата за забудькуватість» – реактивний опір наших споживаючих мереж та їх реактивна потужність. Реактивний опір – це опір змінному струму. І потужність, яка просто йде повз наші споживаючі електроприлади.

Струм, йдучи проводами, створює навколо них електричне поле. Електростатичне поле притягує себе заряди з усього, що джерело поля, тобто струм, оточує. А зміна струму створює ще й електромагнітне поле, яке починає безконтактно наводити у всіх провідниках навколо електричні струми. Так, наша струмова синусоїда, як тільки ми в себе включаємо, є не просто струм, а безперервна його зміна. Провідників довкола вистачає, починаючи від металевих корпусів тих же електроприладів, металевих труб водопостачання, опалення, каналізації та кінчаючи прутами арматури в залізобетонних стінах та перекриттях. Ось у всьому цьому й наводиться електрика. Навіть вода в бачку унітазу, і та бере участь у загальних веселощах - в ній теж індукуються струми наведення. Така електрика нам зовсім не потрібна, ми її «не замовляли». Але воно ці провідники намагається розігріти, а отже, забирає з нашої квартирної мережі електроенергію.

Щоб охарактеризувати співвідношення потужностей мережі нашого змінного струму, малюють трикутник.

S – повна потужність, що витрачається нашою мережею,
P – активна потужність, вона ж корисне активне навантаження,
Q – потужність реактивна.

Потужність повну можна виміряти ватметром, а активна потужність виходить розрахунком нашої мережі, в якій ми враховуємо тільки корисні для нас навантаження. Звісно, опором проводів ми нехтуємо, вважаючи їх малими щодо корисних опорів електроприладів.

Повна потужність

S = U x I = U a x I f

Тобто, чим «тупіший» цей гострий кут, тим гірше у нас працює внутрішня квартирна мережа, що споживає - багато енергії йде в втрати.

Що таке активна, реактивна та повна потужності

Кут j можна назвати кутом фазового зсуву між струмом і напругою в нашій мережі. Струм є результатом застосування до нашої мережі вихідної напруги 220 вольт частотою 50 герц. Коли навантаження активне, то фаза струму збігається з фазою напруги в ній. А реактивні навантаження цю фазу зрушують цей кут.

Власне, кут і характеризує рівень ефективності нашого споживання енергії. І треба намагатися його зменшити. Тоді S наближатиметься до P.

Тільки зручніше оперувати не з кутом, а з косинусом кута. Це якраз і є співвідношення двох потужностей:

Косинус кута наближається до одиниці, коли кут наближається до нуля. Тобто, чим гостріший кут j, тим краще, ефективніше працює електрична мережа, що споживає. На практиці, якщо досягти величини косинуса фі (а його можна виразити у відсотках) близько 70-90%, то це вже вважається непогано.

Часто використовується інше відношення, що пов'язує активну потужність та реактивну:

З діаграми струму та напруги можна знайти вирази для потужностей: активної, реактивної та повної.

Якщо звичніша нам активна потужність вимірюється у ватах, то повна потужність вимірюється у вольт-амперах (вар). Ватт з вару можна вважати множенням на косинус фі.

Що таке реактивна потужність

Реактивна потужність буває індуктивна та ємнісна. Вони поводяться в електричному ланцюзі по-різному. На постійному струмі індуктивність - це просто шматок дроту, який має якийсь дуже малий опір. А конденсатор на постійній напрузі - просто розрив у ланцюзі.

І коли ми їх включаємо в ланцюг, підводимо до них напругу, під час перехідного процесу вони поводяться теж протилежно. Конденсатор заряджається, при цьому струм, що виникає, спочатку великий, потім, у міру зарядки, маленький, що зменшується до нуля.

В індуктивності, котушці з проводом, виникає магнітне поле після включення на самому початку сильно перешкоджає проходженню струму, і він спочатку маленький, потім збільшується до свого стаціонарного значення, що визначається активними елементами схеми.

Конденсатори, таким чином, сприяють зміні струму ланцюга, а індуктивності перешкоджають зміні струму.

Індуктивна та ємнісна складові опору мережі

Таким чином, реактивні елементи мають свої різновиди опору - ємнісний та індуктивний. З повним опором, що включає активну та реактивну складові, це пов'язується такою формулою:

Z - повний опір,

R - активний опір,

X – реактивний опір.

У свою чергу реактивний опір складається з двох частин:

X L – індуктивної та X C – ємнісної.

Звідси бачимо, що внесок у реактивну складову вони різний.

Все, що в мережі індуктивно, збільшує реактивний опір мережі, все, що в мережі має ємнісний характер, зменшує реактивний опір.

Електроприлади, що впливають на якість споживання

Якби всі прилади в мережі були, як лампочки, тобто були суто активним навантаженням, проблем не було б. Була б активна споживаюча мережа, одне суцільне активне навантаження, і, як то кажуть, у чистому полі - навколо нічого, то все легко підраховувалося б за законами Ома і Кірхгофа, і було справедливо - скільки споживав, за стільки й заплатив. Але ось маючи і навколо себе загадкову струмопровідну «інфраструктуру», і в самій мережі безліч неврахованих ємностей та індуктивностей, ми й отримуємо, окрім корисного нам, ще й реактивного, непотрібного нам навантаження.

Як її позбутися? Коли електрична споживаюча мережа вже створена, можна проводити заходи щодо зменшення реактивної складової. Компенсація та будується на «антагонізмі» індуктивностей та ємностей.

Тобто в мережі, що склалася, слід виміряти її складові, а потім придумати компенсацію.

Особливо хороший ефект від таких заходів досягається у великих споживаючих мережах. Наприклад, на рівні заводського цеху, що має велику кількість обладнання, що постійно працює.

Для компенсації реактивної складової використовуються спеціальні компенсатори реактивної потужності (КРМ), що містять у своїй конструкції конденсатори, що змінюють сумарний зсув фаз в мережі на краще.

Ще вітається використання у мережах синхронних двигунів змінного струму, оскільки вони здатні компенсувати реактивну потужність. Принцип простий: в мережі вони здатні працювати в режимі двигуна, а коли при зрушенні фаз спостерігається «завал» електроенергії (інших слів мова вже не знаходить), вони здатні компенсувати це, «підробляючи» в мережі в режимі генератора.

Єдине з чим згоден з автором, так це те, що так це що навколо поняття "реактивна енергія" чимало легенд... У помсту мабуть автор висунув ще й свою...Путано...суперечливо...достаток всяких: ""енергія приходить, енергія йде ..." Підсумок взагалі вийшов шокуючий, істина перевернута з ніг на ноги: "Висновок - реактивний струм викликає нагрівання проводів, не роблячи при цьому ніякої корисної роботи" Пане, дорогий! Нагрів це вже робота !!! Думка моя , Тут людям з технічною освітою без векторної діаграми синхронного генератора під навантаженням не склеїти опис процесу грамотно, а людям, що цікавляться, можу запропонувати простий варіант, без витівок.

Отже, про реактивну енергію. 99% електрики напругою 220 вольт і більше виробляється синхронними генераторами. Електроприладами в побуті та роботі ми використовуємо різні, більшість із них "гріють повітря", виділяють теплоту тією чи іншою мірою... Помацайте телевізор, монітор комп'ютера, про кухонну електропечь я вже не говорю, скрізь відчувається тепло. Це все споживачі активної потужності в електромережі синхронного генератора. Активна потужність генератора це безповоротні втрати енергії, що виробляється на тепло в проводах і приладах. Для синхронного генератора передача активної енергії супроводжується механічним опором на валу приводному. Якби Ви, шановний читач обертали генератор вручну, Ви відразу ж відчули б підвищений опір Вашим зусиллям і означало б це одне, хтось у вашу мережу включив додаткову кількість нагрівачів, тобто підвищилося активне навантаження. Якщо як привод генератора у вас дизель, будьте впевнені, витрата палива зростає блискавично, тому що саме активне навантаження споживає ваше паливо. З реактивною енергією інакше ... Скажу я вам, неймовірно, але деякі споживачі електроенергії самі є джерелами електроенергії, нехай на дуже коротку мить, але є. А якщо врахувати, що змінний струм промислової частоти змінює свій напрямок 50 разів на секунду, то такі (реактивні) споживачі 50 разів на секунду передають свою енергію мережі. Знаєте як у житті, якщо хтось щось додає до свого оригіналу без наслідків це не залишається. Так і тут, за умови, що реактивних споживачів багато, або вони досить потужні, синхронний генератор розбуджується. Повертаючись до нашої колишньої аналогії де як привод Ви використовували свою м'язову силу, можна буде помітити, що незважаючи на те що Ви не змінили ні ритму обертаючи генератор, ні не відчули припливу опору на валу, лампочки у вашій мережі раптом погасли. Парадокс, витрачаємо паливо, обертаємо генератор з номінальною частотою, а напруги в мережі немає... Шановний читачу, вимкни в такій мережі реактивні споживачі і все відновиться. Не вдаючись у теорію розбудження відбувається коли магнітні поля всередині генератора, поле системи збудження обертається разом з валом і поле нерухомої обмотки з'єднаної з мережею повертаються зустрічно один одному, тим самим послаблюю один одного. Генерація електроенергії при зниженні магнітного поля всередині генератора зменшується. Техніка пішла далеко вперед, і сучасні генератори оснащені автоматичними регуляторами збудження, і коли реактивні споживачі "провалять" напругу в мережі, регулятор відразу ж підвищить струм збудження генератора, магнітний потік відновиться до норми і напруга в мережі відновиться. активну складову, так що будьте ласкаві додати і паливо в дизелі. . У будь-якому випадку, реактивне навантаження негативно впливає на роботу електромережі, особливо в момент підключення реактивного споживача до мережі, наприклад, асинхронного електродвигуна... При значній потужності останнього все може закінчитися плачевно, аварією. На закінчення, можу додати для допитливого і просунутого опонента, що є і реактивні споживачі з корисними властивостями. Це все ті що мають електроємність ... Включи такі пристрої в мережу і вже електрокомпанія повинна вам)). У чистому вигляді це конденсатори. Вони теж віддають електроенергію 50 разів на секунду, але при цьому магнітний потік генератора навпаки збільшується, так що регулятор може навіть знизити струм збудження, заощаджуючи витрати. Чому ми раніше про це не обмовилися ... а навіщо ... Дорогий читач обійди свій будинок і пошукай ємнісний реактивний споживач ... не знайдеш ... Хіба тільки розкуриш телевізор або пральну машину ... але користі від цього зрозуміло не буде ....<