Что такое реактивная мощность в электричестве: Реактивная мощность кратко и понятно: что такое, формулы

Активная, реактивная и полная (кажущаяся) мощности

Простое объяснение с формулами

Активная мощность (P)

Другими словами активную мощность можно назвать: фактическая, настоящая, полезная, реальная мощность. В цепи постоянного тока мощность, питающая нагрузку постоянного тока, определяется как простое произведение напряжения на нагрузке и протекающего тока, то есть

P = V I

потому что в цепи постоянного тока нет понятия фазового угла между током и напряжением. Другими словами, в цепи постоянного тока нет никакого коэффициента мощности.

Но при синусоидальных сигналах, то есть в цепях переменного тока, ситуация сложнее из-за наличия разности фаз между током и напряжением. Поэтому среднее значение мощности (активная мощность), которая в действительности питает нагрузку, определяется как:

P = V I Cosθ

В цепи переменного тока, если она чисто активная (резистивная), формула для мощности та же самая, что и для постоянного тока: P = V I.

Формулы для активной мощности

P = V I – в цепях постоянного тока

P = V I cosθ – в однофазных цепях переменного тока

P = √3 V_L I_L cosθ – в трёхфазных цепях переменного тока

P = 3 V_Ph I_Ph cosθ

P = √ (S² – Q²) или

P =√ (ВА² – вар²) или

Активная мощность = √ (Полная мощность² – Реактивная мощность²) или

кВт = √ (кВА² – квар²)

Реактивная мощность (Q)

Также её мощно было бы назвать бесполезной или безваттной мощностью.

Мощность, которая постоянно перетекает туда и обратно между источником и нагрузкой, известна как реактивная (Q).

Реактивной называется мощность, которая потребляется и затем возвращается нагрузкой из-за её реактивных свойств. Единицей измерения активной мощности является ватт, 1 Вт = 1 В х 1 А. Энергия реактивной мощности сначала накапливается, а затем высвобождается в виде магнитного поля или электрического поля в случае, соответственно, индуктивности или конденсатора.

Реактивная мощность определяется, как

Q = V I sinθ

и может быть положительной (+Ve) для индуктивной нагрузки и отрицательной (-Ve) для емкостной нагрузки.

Единицей измерения реактивной мощности является вольт-ампер реактивный (вар): 1 вар = 1 В х 1 А. Проще говоря, единица реактивной мощности определяет величину магнитного или электрического поля, произведённого 1 В х 1 А.

Формулы для реактивной мощности

Q = V I sinθ

Реактивная мощность = √ (Полная мощность² – Активная мощность²)

вар =√ (ВА² – P²)

квар = √ (кВА² – кВт²)

Полная мощность (S)

Полная мощность – это произведение напряжения и тока при игнорировании фазового угла между ними. Вся мощность в сети переменного тока (рассеиваемая и поглощаемая/возвращаемая) является полной.

Комбинация реактивной и активной мощностей называется полной мощностью. Произведение действующего значения напряжения на действующее значение тока в цепи переменного тока называется полной мощностью.

Она является произведением значений напряжения и тока без учёта фазового угла. Единицей измерения полной мощности (S) является ВА, 1 ВА = 1 В х 1 А. Если цепь чисто активная, полная мощность равна активной мощности, а в индуктивной или ёмкостной схеме (при наличии реактивного сопротивления) полная мощность больше активной мощности.

Формула для полной мощности

S = V I

Полная мощность = √ (Активная мощность² + Реактивная мощность²)

kVA = √(kW² + kVAR²)

Следует заметить, что:

• резистор потребляет активную мощность и отдаёт её в форме тепла и света.
• индуктивность потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме магнитного поля.
• конденсатор потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме электрического поля.

Все эти величины тригонометрически соотносятся друг с другом, как показано на рисунке:

Активная реактивная и полная мощность

Активная, реактивная и полная мощность напрямую связаны с током и напряжением в замкнутой электрической цепи, когда включены какие-либо потребители. Для проведения вычислений применяются различные формулы, среди которых основной является произведение напряжения и силы тока. Прежде всего это касается постоянного напряжения. Однако в цепях переменного тока мощность разделяется на несколько составляющих, отмеченных выше. Вычисление каждой из них осуществляется с помощью формул.

Формулы активной, реактивной и полной мощности

Основной составляющей считается активная мощность. Она представляет собой величину, характеризующую процесс преобразования электрической энергии в другие виды энергии. То есть по-другому является скоростью, с какой потребляется электроэнергия. Именно это значение отображается на электросчетчике и оплачивается потребителями. Вычисление активной мощности выполняется по формуле: P = U x I x cosф.

В отличие от активной, которая относится к той энергии, которая непосредственно потребляется электроприборами и преобразуется в другие виды энергии – тепловую, световую, механическую и т.д., реактивная мощность является своеобразным невидимым помощником. С ее участием создаются электромагнитные поля, потребляемые электродвигателями. Прежде всего она определяет характер нагрузки, и может не только генерироваться, но и потребляться. Расчеты реактивной мощности производятся по формуле: Q = U x I x sinф.

Полной мощностью является величина, состоящая из активной и реактивной составляющих. Именно она обеспечивает потребителям необходимое количество электроэнергии и поддерживает их в рабочем состоянии. Для ее расчетов применяется формула: S = .

Как найти активную, реактивную и полную мощность

Активная мощность относится к энергии, которая необратимо расходуется источником за единицу времени для выполнения потребителем какой-либо полезной работы. В процессе потребления, как уже было отмечено, она преобразуется в другие виды энергии.

В цепи переменного тока значение активной мощности определяется, как средний показатель мгновенной мощности за установленный период времени. Следовательно, среднее значение за этот период будет зависеть от угла сдвига фаз между током и напряжением и не будет равной нулю, при условии присутствия на данном участке цепи активного сопротивления. Последний фактор и определяет название активной мощности. Именно через активное сопротивление электроэнергия необратимо преобразуется в другие виды энергии.

При выполнении расчетов электрических цепей широко используется понятие реактивной мощности. С ее участием происходят такие процессы, как обмен энергией между источниками и реактивными элементами цепи. Данный параметр численно будет равен амплитуде, которой обладает переменная составляющая мгновенной мощности цепи.

Существует определенная зависимость реактивной мощности от знака угла ф, отображенного на рисунке. В связи с этим, она будет иметь положительное или отрицательное значение. В отличие от активной мощности, измеряемой в ваттах, реактивная мощность измеряется в вар – вольт-амперах реактивных. Итоговое значение реактивной мощности в разветвленных электрических цепях представляет собой алгебраическую сумму таких же мощностей у каждого элемента цепи с учетом их индивидуальных характеристик.

Основной составляющей полной мощности является максимально возможная активная мощность при заранее известных токе и напряжении. При этом, cosф равен 1, когда отсутствует сдвиг фаз между током и напряжением. В состав полной мощности входит и реактивная составляющая, что хорошо видно из формулы, представленной выше. Единицей измерения данного параметра служит вольт-ампер (ВА).

Реактивная мощность — Continental Control Systems, LLC

ВВЕДИТЕ КЛЮЧЕВОЕ СЛОВО И НАЖМИТЕ ВВОД…

• Центр поддержки
• Технические статьи
• Реактивная мощность

Обзор

Реактивная мощность ( Q ) — это термин для обозначения мнимой (нереальной) мощности от индуктивных нагрузок, таких как двигатель, или емкостных нагрузок (реже). Обычно измеряется в единицах ВАр (реактивный вольт-ампер). Иногда реактивная мощность указывается в ваттах; это не совсем правильно, но не все устройства или программное обеспечение предлагают единицы VAR. Если реактивная мощность указана в ваттах, преобразование ватт в реактивные будет однозначно. Реактивная мощность НЕ включена в измерения реальной или активной мощности и энергии счетчиков WattNode. Счетчики WattNode, сообщающие о реактивной мощности, измеряют «основную реактивную мощность», которая не включает реактивные гармоники.

• Положительная реактивная мощность возникает из-за индуктивных нагрузок, таких как двигатели и трансформаторы (особенно при малых нагрузках).
• Отрицательная реактивная мощность вызвана емкостными нагрузками. Это могут быть осветительные балласты, приводы с регулируемой скоростью для двигателей, компьютерное оборудование и инверторы (особенно в режиме ожидания).

Примечание: некоторые производители используют противоположные знаки и считают отрицательную реактивную мощность индуктивной.

См. также

• Статья в Википедии о питании от сети переменного тока
• Статья в Википедии о вольт-амперном реактивном
• IEEE-Std-1459-2000: Определения IEEE для мощностей в системах с несинусоидальными формами сигналов и несбалансированными нагрузками
• Справочник по измерению электроэнергии , 10-е изд.
  , Электрический институт Эдисона, Вашингтон, округ Колумбия, 2002 г., стр. 73-74.

Определения

“ …в научном сообществе нет единого мнения о понятии реактивной мощности в несинусоидальных условиях. Фактически, при наличии гармоник в напряжениях и/или токах обычное определение реактивной мощности больше не имеет смысла. ”—Антонио Каталиотти, IEEE Transactions On Power Delivery, vol. 23, нет. 3, июль 2008 г.

Существует множество конкурирующих определений реактивной мощности, в том числе следующие (названные в честь первоначальных авторов):

• Budeanu
• Фрайз
• Кустерс и Мур
• Пастух и Закихани
• Шэрон / Чарнеки
• Рабочая группа IEEE
• (из статьи Википедии о вольт-амперной реактивной мощности) ВАр представляют собой произведение среднеквадратичного значения напряжения и тока или полной мощности на синус фазового угла между напряжением и током.

Реактивная мощность различных нагрузок

• Двигатель (без преобразователя частоты): реактивная мощность будет положительной и будет колебаться от примерно такой же, как реальная мощность для полностью нагруженного двигателя, до нескольких раз больше реальной мощности для малонагруженного двигателя. мотор. Коэффициент мощности асинхронного двигателя изменяется в зависимости от нагрузки:

• Двигатель (с ЧРП): реактивная мощность будет небольшой и, как правило, отрицательной. Коэффициент водоизмещающей мощности обычно составляет 0,9 или выше.
• Люминесцентные лампы: коэффициент мощности более старых светильников с магнитными балластами может составлять от 0,38 до 0,58. Современные электронные балласты с коррекцией коэффициента мощности могут превышать 0,9.8.
• Газоразрядные лампы: с магнитными балластами может варьироваться от 0,4 до 0,6, а электронные балласты с коррекцией коэффициента мощности могут превышать 0,95.
• Лампы накаливания: реактивная мощность составляет примерно –10% активной мощности, что дает коэффициент мощности около 0,995. Мы считаем, что это связано с нагревом и охлаждением нити накала во время цикла переменного тока.
• Лампы накаливания с диммером: реактивная мощность изменяется от нуля до положительного реактивного значения, почти равного реальной мощности. Коэффициент мощности варьируется от 1,0 до 0,74.

Ключевые слова: кВАр

Снижение реактивной мощности повышает эффективность и экономит затраты

Реактивная мощность: ненужное бремя и затраты

с отрицательным влиянием на эффективность электроустановки

Сегодня реактивная мощность присутствует во многих установках. Это создает дополнительную нагрузку на установку, оборудование и транспортную инфраструктуру (например, кабели и трубы). Реактивная мощность может возникать во внешней сети и в локальной сети и может быть вызвана как поставщиком энергии, так и конечным потребителем. Это отрицательно влияет на эффективность и мощность и приводит к ненужным (энергетическим) потерям и затратам. Решение: установка конденсаторной батареи Cos Phi и/или пассивного или активного фильтра гармоник.

Чрезмерная реактивная мощность может привести к

Перегрузке и перегреву электроустановки и подключенных компонентов (кабелей, трансформаторов….)

Проблемы мощности на установке

Непреднамеренное отключение установленных машин и связанных с ними бизнес-процессов

An неоправданно высокий счет за энергию из-за потерь энергии

Штраф от поставщика энергии

Активная мощность по сравнению с реактивной мощностью

Электрическая энергия в электрической нагрузке частично преобразуется в другие формы энергии. В электродвигателе это может быть механическая энергия, но также и тепло. Вся энергия, преобразованная из электрической формы в любой другой вид энергии за определенный период времени, называется активной мощностью (кВт).

Однако электрическая энергия также может передаваться к нагрузке, но не преобразовываться в другую форму энергии. Эта энергия, передаваемая за определенный период времени, называется реактивной мощностью (кВАр). Реактивная энергия будет транспортироваться обратно к источнику. Эта дополнительная передача энергии приводит к дополнительным потерям энергии в кабелях и требует дополнительной мощности от электроустановки и кабелей.

Следующий логический вопрос: почему эта энергия транспортируется, но не преобразуется? Мы можем различать три типа электрической нагрузки: линейную, емкостную и индуктивную. Линейная нагрузка полностью преобразует всю энергию, подаваемую в нагрузку: это будет иметь 100% активной мощности и 0% реактивной мощности.

Часть объема электроэнергии всегда используется эффективно. Это называется активной мощностью или фактической мощностью (кВт). В установке фактическая мощность преобразуется в механическую энергию (двигатель), свет (лампа) или тепловую энергию (нагрев или охлаждение). Однако часть мощности всегда теряется. Это называется реактивной мощностью (кВАр). Эта мощность требуется для создания магнитных и электрических полей, необходимых для правильного функционирования таких устройств, как трансформаторы, устройства управления и газоразрядные лампы. Полная мощность или полная мощность представляет собой сумму фактической (активной) мощности и реактивной мощности.

В результате реактивной мощности увеличивается полная мощность, а также нагрузка и минимальная необходимая мощность электрической инфраструктуры. Требуется большая подключаемая мощность, а также более (мощные) трансформаторы, более толстые кабели, больше меди и так далее. Реактивная мощность также приводит к более высоким счетам за электроэнергию из-за более высоких потерь энергии в установке. Кроме того, поставщики энергии все чаще взимают плату за включенную реактивную мощность с конечного потребителя. Этот «штраф» можно найти в счете за электроэнергию.

Общая мощность (кВА) = фактическая (активная) мощность (кВт) + реактивная мощность (кВАр)

На приведенном выше рисунке мощность сравнивается с полным стаканом пива (общая или кажущаяся мощность). Жидкость (которую вы пьете) представляет фактическую мощность, а пена (дополнительный продукт) представляет собой реактивную мощность.

Заинтересованы в возможностях?

Мы будем рады помочь вам получить представление о качестве электроэнергии в вашей установке. Благодаря измерениям, анализу и соответствующей отчетности мы предлагаем вам информацию о состоянии качества электроэнергии вашей установки.

В каких случаях НЕТ реактивной мощности?

При омической/резистивной нагрузке имеющаяся в установке мощность напрямую преобразуется в полезную энергию. Примеры включают электрические духовки, лампочки и радиаторы. Ток в этом случае находится в фазе с напряжением.

В каких ситуациях возникает реактивная мощность?

В большей или меньшей степени реактивная мощность присутствует в каждой электроустановке. Это присутствие тесно связано с постоянно растущим использованием электроники и индуктивных нагрузок.

Мы можем различать следующие типы реактивной мощности 

1. Переменная реактивная мощность : вызванная индуктивными и/или емкостными нагрузками. Они гарантируют, что ток «отстает/отстает» от напряжения (индуктивный) или что ток «опережает/обгоняет» напряжение (емкостный).
2. Искажающая реактивная мощность : это «нежелательная» часть полной мощности, связанная с гармоническими помехами, вызванными нелинейными нагрузками.

Также может встречаться комбинация этих типов. Некоторые нагрузки, такие как системы ИБП, вызывают как индуктивную, так и искажающую реактивную мощность. Чтобы найти правильное решение или комбинацию решений, требуются специальные знания. HyTEPS обладает знаниями, опытом и высококачественной продукцией для поддержки этого.

Индуктивная

• Возникает в результате индуктивных нагрузок.
• Возникает в основном в установках с большим количеством индуктивных нагрузок (включая трансформаторы и сварочное оборудование).
• Например: промышленные установки.
• Ток и напряжение не совпадают по фазе; ток «отстает/опаздывает» за напряжением.

Емкостная

• Возникает за счет емкостных нагрузок.
• Возникает особенно в установках с большим количеством электроники. Также встречается в установках с конденсаторами увеличенной емкости.
• Например: центры обработки данных, больницы, туннели.
• Ток и напряжение не совпадают по фазе; ток опережает/ опережает напряжение.

Искажающая

• Возникает в результате гармонических составляющих в электроустановке.
• Возникает в основном в установках с (многими) нелинейными нагрузками (выпрямители, преобразователи частоты, ИБП).
  Также встречается в низковольтных установках.
• Гармонические токи вызывают деформации тока, вызывая искажение напряжения.

Реактивная мощность связана с коэффициентом мощности

Коэффициент мощности представляет собой отношение фактической (активной) мощности к полной (полной) мощности в установке переменного напряжения. В идеальной ситуации коэффициент мощности равен 1. Напряжение и ток совпадают по фазе; активная мощность в этом случае равна полной мощности. Из-за наличия индуктивной и/или емкостной реактивной мощности полная мощность увеличивается, а коэффициент мощности становится меньше 1,9.0003

Коэффициент мощности представляет собой комбинацию коэффициента мощности (cos φ) и общего гармонического загрязнения (THD или Total Harmonic Distortion). Гармоники возникают в установках с нелинейными нагрузками. Это искажает синусоидальную форму тока. Сумма всех гармонических токов может вызвать искажение напряжения.

При уменьшении коэффициента мощности требуется все больший ток для обеспечения той же фактической мощности при том же напряжении.