Aktívny, jalový a zdanlivý výkon v obvode striedavého prúdu

V jednosmerných obvodoch nie je výkon rozdelený na rôzne zložky, ako sú aktívne a reaktívne, preto sa používa jednoduchý výraz P = U * I. Ale so striedavým prúdom je situácia iná. V tomto článku sa pozrieme na to, čo je aktívny, jalový a zdanlivý výkon elektrického obvodu.

Definícia

Zaťaženie elektrického obvodu určuje, koľko prúdu ním preteká. Ak je prúd konštantný, potom vo väčšine prípadov môže byť rezistor s určitým odporom určený ekvivalentným zaťažením. Potom sa výkon vypočíta pomocou jedného zo vzorcov:

P = U * I

P = I²* R

P = U²/ R

Rovnaký vzorec sa používa na určenie celkového výkonu v obvode striedavého prúdu.

Zaťaženie je rozdelené do dvoch hlavných typov:

• Aktívna je odporová záťaž, ako sú vykurovacie telesá, žiarovky a podobne.
• Reaktívne - môže byť indukčné (motory, cievky štartéra, solenoidy) a kapacitné (banky kondenzátorov atď.).

To posledné sa deje len pri striedavom prúde, napríklad v obvode sínusového prúdu, presne to máte v zásuvkách. Aký je rozdiel medzi aktívnou a jalovou energiou, vysvetlíme ďalej jednoduchým jazykom, aby sa informácie stali zrozumiteľnými pre začínajúcich elektrikárov.

Význam reaktívneho zaťaženia

V elektrickom obvode s reaktívnou záťažou sa fáza prúdu a fáza napätia časovo nezhodujú. V závislosti od charakteru pripojeného zariadenia napätie buď vedie k prúdu (v indukčnosti), alebo za ním zaostáva (v kapacite). Na popis otázok sa používajú vektorové diagramy. Tu rovnaký smer vektora napätia a prúdu označuje fázovú zhodu. A ak sú vektory zobrazené pod určitým uhlom, potom je to náskok alebo oneskorenie fázy zodpovedajúceho vektora (napätie alebo prúd). Poďme sa pozrieť na každý z nich.

V indukčnosti napätie vždy vedie prúd. "Vzdialenosť" medzi fázami sa meria v stupňoch, čo je jasne znázornené na vektorových diagramoch. Uhol medzi vektormi je označený gréckym písmenom "Phi".

V idealizovanom induktore je fázový uhol 90 stupňov. Ale v skutočnosti je to dané celkovým zaťažením v obvode, ale v skutočnosti sa to nezaobíde bez odporovej (aktívnej) zložky a parazitnej (v tomto prípade) kapacitnej zložky.

V kondenzátore je situácia opačná - prúd je pred napätím, pretože indukčnosť pri nabíjaní spotrebováva veľký prúd, ktorý pri nabíjaní klesá. Aj keď sa častejšie hovorí, že napätie zaostáva za prúdom.

Stručne a jasne povedané, tieto posuny možno vysvetliť zákonmi komutácie, podľa ktorých sa napätie v kapacite nemôže okamžite zmeniť a v indukčnosti - prúd.

Mocninový trojuholník a kosínus phi

Ak vezmete celý obvod, analyzujete jeho zloženie, fázy prúdov a napätí a vytvoríte vektorový diagram. Potom nakreslite aktívny pozdĺž vodorovnej osi a reaktívny pozdĺž zvislej a spojte konce týchto vektorov s výsledným vektorom - získate mocenský trojuholník.

Vyjadruje pomer činného a jalového výkonu a vektor spájajúci konce dvoch predchádzajúcich vektorov bude vyjadrovať celkový výkon. To všetko znie príliš sucho a mätúco, takže sa pozrite na obrázok nižšie:

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

Vzorec pre celkový výkon je:

Tí najpozornejší čitatelia si zrejme všimli podobnosť vzorca s Pytagorovou vetou.

Jednotky:

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

Výpočty

Na výpočet celkového výkonu sa používa zložitý vzorec. Napríklad pre generátor je výpočet:

A pre spotrebiteľa:

Poznatky ale uplatníme v praxi a prídeme na to, ako vypočítať spotrebu energie. Ako viete, my, bežní spotrebitelia, platíme iba za spotrebu aktívnej zložky elektriny:

P = S * cosФ

Tu vidíme novú hodnotu cosF. Toto je účinník, kde Φ je uhol medzi aktívnou a celkovou zložkou z trojuholníka. potom:

cosФ = P / S

Na druhej strane sa jalový výkon vypočíta podľa vzorca:

Q = U * I * sinФ

Ak chcete konsolidovať informácie, pozrite si video prednášku:

Všetko vyššie uvedené platí aj pre trojfázový obvod, iba vzorce sa budú líšiť.

Odpovede na obľúbené otázky

Hrubý, aktívny a jalový výkon sú dôležitou témou v elektrine pre každého elektrikára. Na záver sme v tejto súvislosti zostavili výber 4 často kladených otázok.

• Aký druh práce vykonáva jalový výkon?

Odpoveď: nevykonáva užitočnú prácu, ale zaťaženie linky je plný výkon, vrátane zohľadnenia reaktívnej zložky. Preto, aby znížili celkovú záťaž, bojujú s ňou alebo, hovoriac kompetentným jazykom, kompenzujú.

• Ako sa to kompenzuje?

- Na tento účel sa používajú zariadenia na kompenzáciu činidla. Môžu to byť kondenzátorové banky alebo synchrónne kompenzátory (synchrónne motory). Tejto problematike sme sa podrobnejšie venovali v článku: https://samelectrik.ru/kompensaciya-reaktivnoj-moshhnosti.html

• Od akých spotrebiteľov pochádza činidlo?

- Sú to predovšetkým elektromotory - najpočetnejší typ elektrického zariadenia v podnikoch.

• Aká je škoda vysokej spotreby reaktívnej energie?

- Okrem zaťaženia elektrických vedení je potrebné mať na pamäti, že podniky platia za plnú kapacitu a jednotlivci iba za aktívnu kapacitu. To vedie k zvýšeniu účtov za elektrinu.

Video poskytuje jednoduché vysvetlenie pojmov jalový, aktívny a zdanlivý výkon:

Tu končíme našu úvahu o tejto otázke. Dúfame, že teraz je vám jasné, čo je aktívny, reaktívny a zdanlivý výkon, aké sú medzi nimi rozdiely a ako sa jednotlivé hodnoty určujú.

Súvisiace materiály:

• Na čo slúži obmedzovač výkonu?
• Fázové a sieťové napätie v trojfázových obvodoch
• Ako určiť spotrebu elektrickej energie elektrických spotrebičov