Косинусът на phi в електротехниката е ... Коефициентът на мощността

Ефектът на мощността или косинус в електротехниката е съотношението на активната мощност P (W) към общото S (VA): cos (phi-) = P / S. Той показва колко ефективно устройството използва електрическа енергия.

Идеален товар

За да обясните физическата стойност на фактора на мощността, разгледайте пример за изчисляване на косинуса на Fi за различни потребители. Да предположим, че идеален кондензатор е свързан към линията AC. Тъй като променливото напрежение непрекъснато променя полярността си, кондензаторът ще бъде наполовина зареден и половината ще върне запазената енергия обратно към източника. В резултат на това електроните непрекъснато ще циркулират в линията, но няма да има нетен трансфер на енергия. Така че, ще има напрежение и ток в проводника, но няма да има активна мощност. Продуктът U на I се нарича въображаема сила, защото е просто математическо число, което няма реално физическо значение. В този пример факторът на мощността е 0.

По същия начин, изчисляването на косинус phi за един идеален индуктор ще доведе до cos (phi-) = 0, с изключение на това, че неговият ток ще изостане зад напрежението.

Сега помислете за противоположния екстремен случай на резистивен товар. В този случай цялата доставена до него електрическа енергия се консумира и се преобразува в други видове енергия, като например топлинна енергия. Това е пример, когато косинусът на phi в един електротехник е 1. Всички реални вериги работят някъде между тези две крайности.

Векторна математика

При анализа на вериги синусоидалният сигнал може да бъде представен от сложно число (наречено вектор), чийто модул е ​​пропорционален на величината на сигнала, а ъгълът е равен на неговата фаза по отношение на някаква връзка. При линейни схеми факторът на мощността е косинус cos. В електротехниката това е ъгълът между фазите на напрежението и тока. Тези вектори и съответните им активни и реактивни мощни компоненти могат да бъдат представени под формата на правоъгълен триъгълник. Разбира се, напрежението е електрическо поле, а токът е потокът от електрони, така че т.нар. Ъгъл между техните вектори не е нищо повече от математическа стойност. Съгласихме се, че индуктивното натоварване създава положителен резултат реактивна мощност Q (измерена във волта-ампер-реактивен, VAp). Това се дължи на така наречения "забавен" коефициент, тъй като токът изостава от напрежението. По същия начин капацитивният товар създава отрицателен Q и "водещ" ламбда.

Нелинейно изкривяване

Индукторите и кондензаторите не са единствените причини за ниския косинус на phi. В електротехниката това е обичайно, когато (с изключение на идеалните R, L и C) електрическите вериги са нелинейни, особено поради наличието на активни компоненти като токоизправители. В такива схеми токът I (t) не е пропорционален на напрежението V (t), дори ако последният е чист синусоид, тъй като I (t) ще бъде периодичен, но не синусоидален. Според теоремата на Фурие, всяка периодична функция е сумата от синусоидалните вълни с честоти, които са кратни на оригиналната. Тези вълни се наричат ​​хармоници. Може да се покаже, че те не допринасят за предаването на чиста енергия, но увеличават тока и намаляват коефициента ламбда. Когато напрежението е синусоидално, само първата хармонична I₁ ще осигури реална власт. Въпреки това, неговата величина зависи от фазовото изместване между тока и напрежението. Тези факти се отразяват в общата формула за изчисляване на фактора на мощността: ламбда- = (I₁/ I) х cos (phi). Първият термин в това уравнение е изкривяването, а вторият термин е пристрастие.

Активно и пасивно обезщетение

Корекцията на косинуса на phi в електротехниката е всяка техника за увеличаване на коефициента на мощността до 1. Като цяло, cos (phi-) може да варира от 0 до 1. Колкото е по-висок коефициентът на мощност, толкова по-ефективна е електроенергията. Причините за несъвършенството са изкривявания и фазово преместване между хармоници на напрежение и ток със същата честота. Следователно, съществуват две основни категории методи за коригиране на фактора на мощността.

Хармоничното изкривяване се причинява от нелинейни компоненти, като например токоизправител в DC захранвания, който е свързан директно към голям кондензатор за съхранение. Те могат да се регулират на етапа на проектиране на електрозахранването чрез въвеждане на различни пасивни или активни компенсационни вериги. Основният източник на фазово отместване U-I са индустриалните асинхронни мотори, които от гледна точка на веригата имат индуктивен товар. Косинусът на двигателя (който при празен ход спада до 0,1) може да бъде увеличен чрез добавяне на външни компенсационни кондензатори. В този случай те трябва да бъдат инсталирани възможно най-близо до товара, за да се избегне циркулацията на реактивната мощност до мястото на разполагането им.

Компенсирането на активната реактивна мощност използва активни електронни схеми с обратна връзка, които изглаждат формата на ректифицираната текуща крива.

Нелинейните устройства генерират хармонични колебания с честота ƒ = 1 / (2pi-radic-LC). Ако съвпада с една от хармониците, то ще се засили, което може да доведе до различни последици, включително катастрофални. За да се избегне това, малък индуктор е свързан последователно с компенсационния кондензатор, който образува така наречения. маншоничен филтър.

Какво за увеличете съотношението мощност?

Има няколко причини за коригиране на кошчето за Fi за различни потребители. Известно е, че кога ламбда < 1, променливите токове циркулират в линията, които не пренасят активна мощност, но причиняват разсейване на топлината в окабеляването, създават допълнително натоварване на генераторите и изискват електрогенериращо оборудване с по-голям размер. Ето защо електроенергийните компании могат да налагат големи такси на големи клиенти. ламбда < 0,95, таксуван за пълен капацитет или глобен за превишаване на реактивната. По този начин, за едно промишлено предприятие компенсацията на въображаемия компонент може да бъде полезна.

корекция ламбда в дома

Що се отнася до електрониката, съществуват правила, които ограничават хармониките, донесени от домакинските уреди (персонални компютри, телевизори и др.) В мрежата. Въпреки липсата на международни стандарти, които пряко регулират фактора на мощността, корекцията му автоматично намалява хармоничното изкривяване. По този начин за разработчиците на захранвания основната причина за увеличаването на косинуса на трансформатора е да задоволи специфичното изискване за съдържанието на хармоници, дори ако не може да даде никакви преки ползи както на производителя, така и на потребителя.

В ежедневието е ниско ламбда - намалява производителността на проводниците и прекъсвачите. Освен това, противно на широко разпространеното погрешно схващане за лица, които не са запознати с основите на електротехниката, собствениците на жилища и потребителите не се възползват от корекцията на фактора на мощността.

Въображаеми ползи

Редица "устройства" се предлагат чрез интернет, продавачите на които твърдят, че ще намалят сметките за електроенергия, като коригират фактора на мощността в домашната електрическа мрежа. Те се рекламират под различни имена. Във връзка с това потребителите често питат дали ще бъде намалена компенсацията на реактивната мощност за сметките за електричество? Всъщност, корекцията ламбда - намалява потреблението на тока и съответно намалява Q. Въпреки това, в момента в жилищни сгради реактивната мощност не се начислява. Знаейки основите на електротехниката, избягва съдбата на жертвите на такава измама.

Трябва ли да компенсирам Q?

Потребителите плащат само за активна енергия, т.е. за киловатчасове, и това е единственото нещо, което могат да измери старомодните ротационни броячи. Технически, намаляването на реактивния компонент ще намали леко загубата на кабели между брояча на комуналните услуги и точката на свързване на компенсатора на въображаема мощност, но този ефект е незначителен. Като цяло, подобряването на коефициента ламбда - и намаляването на въображаемия ток практически не оказва влияние върху отчитането на електромера. Теоретично ситуацията ще се промени, ако вътрешните тарифи включват такса за киловолта-ампера-часове, измерена от съвременните измервателни уреди, но това е малко вероятно. Разбира се, за електрическите компании е полезно да намалят Q, но първо трябва да определим индикаторите на домашното натоварване, за да не правим повече вреда, отколкото полза.

Имате ли нужда от вградени разширителни фуги?

По същите причини няма смисъл да се купува техника с вградена корекция на фактора на мощността. Всъщност една активна компенсационна система дори увеличава разходите поради добавянето на етапа на преобразуване. По този начин, при равни други условия, потреблението на електроенергия може да се увеличи. Корекцията на коефициента на мощността в електрониката обаче дава някои технически ползи. По-специално това увеличава броя на ватите, които могат да бъдат извлечени от изхода. Друго предимство е, че устройствата могат да работят при всяко напрежение (115 или 230 V). Но струва ли си допълнителната такса?