Moc czynna, bierna i pozorna w obwodzie prądu przemiennego

W obwodach prądu stałego moc nie jest dzielona na różne składniki, takie jak aktywna i bierna, dlatego stosuje się proste wyrażenie P = U * I. Ale przy prądzie przemiennym sytuacja jest inna. W tym artykule przyjrzymy się, jaka jest moc czynna, bierna i pozorna obwodu elektrycznego.

Definicja

Obciążenie obwodu elektrycznego określa, ile prądu przepływa przez niego. Jeśli prąd jest stały, w większości przypadków rezystor o określonej rezystancji można określić za pomocą równoważnego obciążenia. Następnie moc oblicza się za pomocą jednego z wzorów:

P = U * I

P = I²* R

P = U²/ R

Ten sam wzór służy do określenia całkowitej mocy w obwodzie prądu przemiennego.

Obciążenie dzieli się na dwa główne typy:

• Aktywny to obciążenie rezystancyjne, takie jak elementy grzejne, żarówki i tym podobne.
• Reaktywny - może być indukcyjny (silniki, cewki rozruchowe, elektromagnesy) i pojemnościowy (zespoły kondensatorów itp.).

To ostatnie dzieje się tylko z prądem przemiennym, na przykład w obwodzie prądu sinusoidalnego, dokładnie to masz w swoich gniazdach. Jaka jest różnica między energią czynną a bierną, wyjaśnimy dalej prostym językiem, aby informacje stały się zrozumiałe dla początkujących elektryków.

Znaczenie obciążenia reaktywnego

W obwodzie elektrycznym z obciążeniem reaktywnym faza prądu i faza napięcia nie pokrywają się w czasie. W zależności od charakteru podłączonego sprzętu, napięcie albo przewodzi prąd (w indukcyjności), albo pozostaje w tyle (pod względem pojemności). Do opisu pytań używane są diagramy wektorowe. Tutaj ten sam kierunek wektora napięcia i prądu wskazuje na koincydencję faz. A jeśli wektory są przedstawione pod pewnym kątem, to jest to wyprzedzenie lub opóźnienie fazy odpowiedniego wektora (napięcia lub prądu). Przyjrzyjmy się każdemu z nich.

W indukcyjności napięcie zawsze prowadzi prąd. „Odległość” między fazami jest mierzona w stopniach, co wyraźnie ilustrują wykresy wektorowe. Kąt między wektorami jest oznaczony grecką literą „Phi”.

W wyidealizowanej cewce kąt fazowy wynosi 90 stopni. Ale w rzeczywistości zależy to od całkowitego obciążenia w obwodzie, ale w rzeczywistości nie może obejść się bez elementu rezystancyjnego (aktywnego) i pasożytniczego (w tym przypadku) elementu pojemnościowego.

W kondensatorze sytuacja jest odwrotna – prąd wyprzedza napięcie, ponieważ indukcyjność podczas ładowania pobiera duży prąd, który maleje wraz z ładowaniem. Chociaż częściej mówi się, że napięcie pozostaje w tyle za prądem.

Mówiąc krótko i jasno, przesunięcia te można wytłumaczyć prawami komutacji, zgodnie z którymi napięcie w pojemności nie może zmienić się natychmiast, a w indukcyjności - prąd.

Trójkąt mocy i cosinus phi

Jeśli weźmiesz cały obwód, przeanalizuj jego skład, fazy prądów i napięć, a następnie zbuduj schemat wektorowy. Następnie narysuj aktywną wzdłuż osi poziomej, a reaktywną wzdłuż pionowej i połącz końce tych wektorów z wektorem wynikowym - otrzymasz trójkąt mocy.

Wyraża stosunek mocy czynnej i biernej, a wektor łączący końce dwóch poprzednich wektorów wyraża moc całkowitą. To wszystko brzmi zbyt sucho i dezorientująco, więc spójrz na poniższy obrazek:

Litera P oznacza moc czynną, Q moc bierną, S całkowitą.

Wzór na całkowitą moc to:

Najbardziej uważni czytelnicy zapewne zauważyli podobieństwo formuły do ​​twierdzenia Pitagorasa.

Jednostki:

• P - W, kW (waty);
• Q - var, kvar (reaktywne woltampery);
• S - VA (woltoampery);

Obliczenia

Aby obliczyć całkowitą moc, stosuje się złożoną formułę. Na przykład dla generatora obliczenie to:

A dla konsumenta:

Ale zastosujemy tę wiedzę w praktyce i dowiemy się, jak obliczyć zużycie energii. Jak wiecie, my, zwykli konsumenci, płacimy tylko za zużycie aktywnego składnika energii elektrycznej:

P = S * cosФ

Tutaj widzimy nową wartość cosF. Jest to współczynnik mocy, gdzie Φ jest kątem między aktywną i całkowitą składową trójkąta. Następnie:

cosФ = P / S

Z kolei moc bierną oblicza się według wzoru:

Q = U * I * grzechФ

Aby skonsolidować informacje, obejrzyj wykład wideo:

Wszystko powyższe dotyczy również obwodu trójfazowego, tylko formuły będą się różnić.

Odpowiedzi na popularne pytania

Moc brutto, czynna i bierna to ważny temat w elektryczności dla każdego elektryka. Podsumowując, zestawiliśmy wybór 4 najczęściej zadawanych pytań w tym zakresie.

• Jaką pracę wykonuje moc bierna?

Odpowiedź: nie wykonuje użytecznej pracy, ale obciążenie linii to pełna moc, w tym z uwzględnieniem elementu biernego. Dlatego, aby zmniejszyć ogólne obciążenie, zmagają się z nim lub, mówiąc kompetentnym językiem, kompensują.

• Jak jest to kompensowane?

- W tym celu stosuje się instalacje kompensacji odczynników. Mogą to być baterie kondensatorów lub kompensatory synchroniczne (silniki synchroniczne). Rozważyliśmy ten problem bardziej szczegółowo w artykule: https://samelectrik.ru/kompensaciya-reaktivnoj-moshhnosti.html

• Kim są konsumenci odczynnika?

- To przede wszystkim silniki elektryczne - najliczniejszy rodzaj sprzętu elektrycznego w przedsiębiorstwach.

• Jaka jest szkoda wysokiego zużycia energii biernej?

- Oprócz obciążenia linii elektroenergetycznych należy pamiętać, że przedsiębiorstwa płacą za pełną moc, a osoby fizyczne - tylko za moc czynną. Prowadzi to do wzrostu rachunków za prąd.

Film przedstawia proste wyjaśnienie pojęć mocy biernej, czynnej i pozornej:

Na tym kończymy nasze rozważania na ten temat. Mamy nadzieję, że teraz stało się dla Ciebie jasne, czym są moc czynna, bierna i pozorna, jakie są między nimi różnice i jak określana jest każda wartość.

Powiązane materiały:

• Do czego służy ogranicznik mocy?
• Napięcie fazowe i sieciowe w obwodach trójfazowych
• Jak określić zużycie energii przez urządzenia elektryczne?