Činný, jalový a zdánlivý výkon v obvodu střídavého proudu

Ve stejnosměrných obvodech se výkon nerozděluje na různé složky, jako jsou aktivní a jalové, proto se používá jednoduchý výraz P = U * I. U střídavého proudu je ale situace jiná. V tomto článku se podíváme na to, jaký je činný, jalový a zdánlivý výkon elektrického obvodu.

Definice

Zatížení elektrického obvodu určuje, kolik proudu jím protéká. Je-li proud konstantní, pak ve většině případů lze pomocí ekvivalentní zátěže určit rezistor určitého odporu. Poté se výkon vypočítá pomocí jednoho ze vzorců:

P = U * I

P = I²* R

P = U²/ R

Stejný vzorec se používá k určení celkového výkonu v obvodu střídavého proudu.

Zatížení je rozděleno do dvou hlavních typů:

• Aktivní je odporová zátěž, jako jsou topná tělesa, žárovky a podobně.
• Reaktivní - může být indukční (motory, cívky spouštěče, solenoidy) a kapacitní (banky kondenzátorů atd.).

To druhé se děje pouze se střídavým proudem, například v obvodu sinusového proudu, to je přesně to, co máte v zásuvkách. Jaký je rozdíl mezi činnou a jalovou energií, vysvětlíme dále jednoduchým jazykem, aby se informace staly srozumitelnými pro začínající elektrikáře.

Význam reaktivní zátěže

V elektrickém obvodu s jalovou zátěží se fáze proudu a fáze napětí časově neshodují. V závislosti na povaze připojeného zařízení napětí buď vede proti proudu (v indukčnosti), nebo za ním zaostává (v kapacitě). K popisu otázek se používají vektorové diagramy. Zde stejný směr vektoru napětí a proudu udává fázovou shodu. A pokud jsou vektory zobrazeny pod určitým úhlem, pak se jedná o předstih nebo zpoždění fáze odpovídajícího vektoru (napětí nebo proud). Pojďme se na každý z nich podívat.

V indukčnosti vždy napětí vede před proudem. "Vzdálenost" mezi fázemi se měří ve stupních, což je jasně znázorněno ve vektorových diagramech. Úhel mezi vektory je označen řeckým písmenem "Phi".

V idealizovaném induktoru je fázový úhel 90 stupňů. Ale ve skutečnosti je to dáno celkovou zátěží v obvodu, ale ve skutečnosti se to neobejde bez odporové (aktivní) složky a parazitní (v tomto případě) kapacitní složky.

U kondenzátoru je situace opačná - proud je před napětím, protože indukčnost při nabíjení spotřebovává velký proud, který při nabíjení klesá. I když se častěji říká, že napětí zaostává za proudem.

Stručně a jasně řečeno, tyto posuny lze vysvětlit zákony komutace, podle kterých se napětí v kapacitě nemůže okamžitě změnit a v indukčnosti - proud.

Mocninný trojúhelník a kosinus phi

Pokud vezmete celý obvod, analyzujete jeho složení, fáze proudů a napětí a vytvoříte vektorový diagram. Poté nakreslete aktivní podél vodorovné osy a reaktivní podél svislé a spojte konce těchto vektorů s výsledným vektorem - získáte mocninný trojúhelník.

Vyjadřuje poměr činného a jalového výkonu a vektor spojující konce dvou předchozích vektorů bude vyjadřovat celkový výkon. To vše zní příliš suše a zmateně, takže se podívejte na obrázek níže:

Písmeno P znamená činný výkon, Q jalový výkon, S celkový výkon.

Vzorec pro celkový výkon je:

Nejpozornější čtenáři si pravděpodobně všimli podobnosti vzorce s Pythagorovou větou.

Jednotky:

• P - W, kW (watty);
• Q - var, kvar (jalové voltampéry);
• S - VA (voltampéry);

Výpočty

Pro výpočet celkového výkonu se používá složitý vzorec. Například pro generátor je výpočet:

A pro spotřebitele:

Poznatky ale uplatníme v praxi a vymyslíme, jak spočítat spotřebu energie. Jak víte, my, běžní spotřebitelé, platíme pouze za spotřebu aktivní složky elektřiny:

P = S * cosФ

Zde vidíme novou hodnotu cosF. Jedná se o účiník, kde Φ je úhel mezi aktivní a celkovou složkou z trojúhelníku. Pak:

cosФ = P / S

Na druhé straně se jalový výkon vypočítá podle vzorce:

Q = U * I * sinФ

Pro konsolidaci informací se podívejte na video přednášku:

Vše výše uvedené platí také pro třífázový obvod, pouze vzorce se budou lišit.

Odpovědi na oblíbené otázky

Hrubý, činný a jalový výkon jsou důležitým tématem elektřiny pro každého elektrikáře. Na závěr jsme v tomto ohledu sestavili výběr 4 často kladených otázek.

• Jakou práci vykonává jalový výkon?

Odpověď: nevykonává užitečnou práci, ale zatížení linky je plný výkon, včetně zohlednění reaktivní složky. Proto, aby snížili celkovou zátěž, s ní bojují nebo, mluvíme-li kompetentním jazykem, kompenzují.

• Jak se to kompenzuje?

- K tomuto účelu se používají zařízení pro kompenzaci činidel. Mohou to být kondenzátorové baterie nebo synchronní kompenzátory (synchronní motory). Podrobněji jsme se touto problematikou zabývali v článku: https://samelectrik.ru/kompensaciya-reaktivnoj-moshhnosti.html

• Od jakých spotřebitelů činidlo pochází?

- Jedná se především o elektromotory - nejpočetnější typ elektrického zařízení v podnicích.

• Jaká je škoda vysoké spotřeby reaktivní energie?

- Kromě zatížení elektrického vedení je třeba mít na paměti, že podniky platí za plnou kapacitu a jednotlivci pouze za aktivní kapacitu. To vede ke zvýšenému množství účtů za elektřinu.

Video poskytuje jednoduché vysvětlení pojmů jalový, činný a zdánlivý výkon:

Zde naše úvaha o tomto problému končí. Doufáme, že je vám nyní jasné, co je činný, jalový a zdánlivý výkon, jaké jsou mezi nimi rozdíly a jak se jednotlivé hodnoty určují.

Související materiály:

• K čemu slouží omezovač výkonu?
• Fázové a síťové napětí v třífázových obvodech
• Jak zjistit příkon elektrických spotřebičů