Баланс активных и реактивных мощностей. Активная и реактивная мощность

Активная и реактивная мощность

4.4. Активная и реактивная мощность

Передача электрической энергии вдоль проводов, преобразование электроэнергии одного напряжения в электроэнергию другого напряжения, а также преобразование электрической энергии в механическую совершается посредством электромагнитного поля. Перечисленные процессы связаны с изменениями и колебаниями электромагнитной энергии. Колебания электромагнитной энергии происходят между элементами электрической системы, в том числе между источником энергии и приемником: в некоторые моменты времени энергия поступает не от источника к приемнику, а наоборот, от приемника к источнику. Однако энергия, поступающая от источника за период, превосходит энергию, возвращаемую ему остальными элементами электрической сети. Среднее значение мощности, отдаваемое однофазному приемнику, равно:

Р = U I cosj.

Это значение носит название активной мощности.

Активной мощности соответствует активный ток Ia, который является только составляющей полного тока I. Все элементы электрической сети должны быть рассчитаны на прохождение полного тока. Поэтому трансформаторы, генераторы и двигатели характеризуются величиной UI, называемой условно полной мощностью.

Вторая составляющая полной мощности ‑ UIsinj носит название реактивной мощности. Это название чисто условно, так как реактивная мощность не создает работы. Реактивная мощность характеризует колебания электромагнитной энергии. Для простейшей цепи из R, L и С реактивная мощность равна скорости поступления энергии в магнитное и электрическое поле. Все элементы электрической сети должны рассчитываться на прохождение не только активной, но и реактивной мощности. Приемники электрической энергии, работе которых сопутствуют электромагнитные поля, следует рассматривать как потребителей активной и реактивной мощности одновременно.

Линии и трансформаторы также связаны с электромагнитным полем, поэтому должны рассматриваться как потребители реактивной мощности.

Значения реактивной мощности, необходимые для линий и трансформаторов, рассматриваются как потери реактивной мощности.

Если за 100% принять всю реактивную мощность, циркулирующую в системе, то эта мощность распределяется следующим образом:

асинхронные двигатели 65 – 75%

трансформаторы 15 – 30%

воздушные линии 5 – 10%.

Таким образом, потребителям должны доставляться активная и реактивная мощности. Одновременно необходимо покрывать потери активной и реактивной мощности (последние условно) в элементах электрической сети.

Реактивная мощность доставляется от генераторов или от компенсаторов.

Рассмотрим возможные варианты снабжения реактивной мощностью, анализируя при помощи векторных диаграмм изменение коэффициента мощности.

1. Генератор работает на нагрузку, имеющую индуктивный характер; компенсаторы отсутствуют (рис. 4.8).

Из векторной диаграммы видно, что коэффициент мощности в начале электропередачи cosj, меньше, чем у потребителя cosj2, за счет преобладания в электропередаче реактивных потерь мощности над потерями активной мощности.

2. Потребитель часть реактивной мощности получает от компенсатора (рис. 4.9).

3. Потребитель полностью получает реактивную мощность от компенсатора (рис. 4.10).

4. Компенсатор выдает реактивную мощность потребителю и покрывает потери реактивной мощности (рис. 4.11).

5. Компенсатор выдает реактивную мощность потребителю, электропередаче и генератору (рис. 4.12).

Из векторных диаграмм видно, что чем меньше вырабатывает генератор реактивной мощности, тем больше повышается его коэффициент мощности, а при потреблении реактивной мощности генератором его cosj становится опережающим.

Для обозначения полной мощности в символическом методе имеются два различных выражения, отличающиеся для одного и того же вида нагрузки только знаком у реактивной мощности.

В первом обозначении полная мощность при индуктивной нагрузке будет:

(4.64)где обозначения даны на рис. 4.13. Аналогично при емкостной нагрузке:

При втором обозначении для случая индуктивной нагрузки получим:

(4.65)и для случая емкостной:

S = P – jQ.

Полагая вектор напряжения совпадающим с положительным направлением действительной оси, для тока в случае индуктивной нагрузки можем написать

и при опережающем токе

Сравнивая выражения мощности и тока, можно заметить однотипность формул полного тока и полной мощности при первом ее обозначении, т.е.

В этом состоит преимущество такого обозначения. Однако, далее будем пользоваться обозначением (4.65), так как ему соответствует большая часть программ на ЭВМ.

vunivere.ru

Баланс активных и реактивных мощностей

Активная мощность источников РИ (турбогенераторов и гидрогенераторов электростанций, нетрадиционных источников, гидроаккумулирующих станций и др.) в любой момент времени соответствует потребляемой мощности.

Приведенное уравнение определяет баланс активных мощностей в электрической системе.

Баланс активных мощностей соответствует определенным значениям частоты и напряжения в узлах, к которым подключены потребители (нагрузки). Изменение мощности источников связано с изменением частоты и напряжения очевидным равенством, получающимся разложением в ряд Тейлора функции:

Баланс активных и реактивных мощностей

При нагружении баланса мощностей вследствие снижения генерирующей мощности или увеличения потребления активной мощности устанавливается режим с изменившимися значениями составляющих уравнения баланса мощности. Снижение генерируемой мощности приводит к уменьшению частоты и напряжения в системе и, наоборот, увеличение мощности источников приводит к возрастанию частоты тока и напряжения в электрической системе одинаково в любом ее узле. Воздействовать на изменение частоты можно только путем изменения генерируемой активной мощности.

Номинальное значение частоты в европейских странах составляет 50 Гц, в США и ряде других стран — 60 Гц. Снижение частоты приводит к уменьшению скорости вращения синхронных и асинхронных электродвигателей и, в конечном счете, к уменьшению производительности приводных механизмов. В ориентировочных расчетах принимают, что изменение частоты на 1 % приводит к изменению активной мощности нагрузки на 0,5 %.

Баланс реактивной мощности определяется уравнением

Баланс активных и реактивных мощностей

Вопрос компенсации реактивной мощности относится к числу важнейших при проектировании и эксплуатации систем энергоснабжения предприятий. Как известно, величина (значение) реактивной мощности характеризует скорость обмена электромагнитной энергии источниками и потребителями электроэнергии. При этом индуктивные элементы являются накопителями реактивной мощности, а емкостные — ее генераторами.

В трехфазных симметричных сетях реактивная мощность определяется по формуле

Баланс активных и реактивных мощностей

В простейшем случае одно или двухполупериодного выпрямителя, работающего на активную нагрузку (рис. 9.6), при угле управления а * 0 первая гармоника тока 1 сдвинута относительно кривой напряжения на угол фь значение которого зависит от угла управления а. ток первой гармоники может быть представлен суммой активной и реактивной составляющих; соответственно могут быть представлены мощности. Однако такая мощность не связана с обменными процессами, она обусловлена лишь наличием сдвига по фазе между током и напряжением. Ее правильнее было бы назвать мощностью сдвига. Но мы будем пользоваться привычным и общепринятым термином «реактивная мощность».

Баланс активных и реактивных мощностей

Компенсация реактивной мощности (т.е. ее минимизация) производится одними и теми же методами независимо от природы ее появления, т.е. наличия реактивных элементов в сети или сдвига фаз, обусловленного нелинейными потребителями. На практике обычно имеют место сочетания обоих причин: в вентильных преобразователях (выпрямителях, инверторах и др.) используются реакторы для сглаживания коммутационных процессов и батареи конденсаторов; преобразователи и ДСП включаются через трансформаторы и т.д. Говоря о коэффициенте мощности coscp, следует иметь в виду, что более точно его следовало бы назвать коэффициентом сдвига фаз.

Согласно первой научной картине мира Ньютона—Максвелла все электрические машины обратимы, т.е. они могут работать как в двигательном, так и в генераторном режимах. Это свойство электрических машин используется, в частности, на гидроаккумуляторных станциях: синхронная машина используется в качестве двигателя при перекачке воды в резервуары в периоды минимальных нагрузок энергосистемы и в генераторном режиме, когда запасенная потенциальная энергия воды используется для вращения гидротурбины.

Синхронные машины, применяемые в промышленных системах электроснабжения, независимо от их основного назначения (электродвигатели, генераторы) используются также в качестве источников реактивной мощности. Синхронные компенсаторы устанавливаются только в целях получения РМ. Эти машины могут также работать в режиме потребления РМ.

Это можно наглядно продемонстрировать с помощью известных Uобразных характеристик. На рис. 9.7 представлены Uобразные характеристики синхронного генератора, подключенного к электрической сети с неизменным уровнем напряжения сУ0 = const при различных значениях активной нагрузки Р = 0; Р’ Р».

При значениях тока возбуждения меньших граничного (IF< I/JP), т. е. в режиме недовозбуждения, синхронная машина ведет себя как индуктивность, т. е. потребляет реактивную мощность; при перевозбуждении (IF> IFRP) — является источником реактивной мощности, т. е. ведет себя как емкость.

Баланс активных и реактивных мощностей

Для синхронных электродвигателей значения Р] Р’Р» являются электромагнитной мощностью, соответствующей вращающему электромагнитному моменту. Нижняя кривая является Uобразной характеристикой синхронного компенсатора.

Турбогенераторы небольшой мощности (обычно до 50 MBА) применяются на электростанциях (блокстанциях) предприятий, которые либо являются автономными, либо подключаются к сетям энергосистемы. Используются теплофикационные турбины с отбором пара для промышленных нужд. В любом режиме работы нагрузка турбогенератора ограничивается номинальной мощностью S*ном:

Баланс активных и реактивных мощностей

В режиме работы с номинального значения коэффициента мощностиcos φда 0,80…0,85, что соответствует значениямгенерируемой реактивной мощности QT «(0,53…0,60)» УНОМ.

Оценить значение располагаемой реактивной мощности в режимах, отличных от номинального, очень затруднительно. Так, при увеличении значения Qr по сравнению с номинальным (путем увеличения тока возбуждения If) во избежание перегрева ротора должна быть снижена полная мощность. Кратность снижения этой величины зависит от вида охлаждения (воздушное, водородное), конструкции ротора и ряда других параметров. Как правило, для окончательного решения этого вопроса следует обратиться к паспорту машины либо результатам тепловых испытаний.

При отсутствии возбуждения (I/ = 0), например при включении автомата гашения поля (АГП), турбогенератор будет работать в асинхронном режиме, который, как правило, допустим лишь кратковременно. На промышленных предприятиях турбогенераторы для регулирования напряжения и реактивной мощности используются редко.

Синхронные компенсаторы, в отличие от синхронных генераторов, не имеют выходного конца вала, что облегчает герметизацию машины и позволяет использовать водородное охлаждение. Компенсаторы строятся на напряжения 6,6—15,75 кВ, мощностью до 345 MBА. В промышленности распространены СК10000 кВА.

Полная номинальная мощность компенсатора при работе с перевозбуждением, в генераторном режиме, определяется по формуле (9.14). Полная мощность при недовозбуждении (потребляемая)

определятся по формуле

Баланс активных и реактивных мощностей

Значение синхронного индуктивного сопротивления синхронного компенсатора (в относительных единицах) х% = 1,8…2,5. Активная мощность, обусловленная наличием механических потерь, а также потерь в стали и меди, составляет 1… 2 % от номинальной мощности. Синхронные компенсаторы иногда применяются на ГПП предприятий.

pue8.ru

Активная, реактивная, полная мощность и коэффициент мощности

Рейтинг материала:

Просмотров: 18361, добавил Гость 09.08.2018 Размещено в категории: Руководства / Мощностные характеристики нагрузки можно точно задать одним единственным параметром (активная мощность в Вт) только для случая постоянного тока, так как в цепи постоянного тока существует единственный тип сопротивления – активное сопротивление.

Мощностные характеристики нагрузки для случая переменного тока невозможно точно задать одним единственным параметром, так как в цепи переменного тока существует два разных типа сопротивления – активное и реактивное. Поэтому только два параметра: активная мощность (это полезная мощность, отбираемая нагрузкой, в том числе и ИБП, из электросети и преобразуемая в энергию любого иного вида (механическую, тепловую, электрическую, электромагнитную и др.) и реактивная мощность ( это мощность или поток энергии, циркулирующий через реактивное сопротивление электрической цепи (емкостное или индуктивное).

Рассеяния энергии на реактивных элементах не происходит, так как полученная ими энергия от источника и энергия и возвращенная обратно в сеть в течение периода эквивалентны. Считается, что в большинстве случаев реактивная энергия (мощность), циркулирующая в электрической цепи, является паразитной и приводит к нежелательному разогреву проводников, а также к перегреву и ухудшению режимов работы прочих устройств сети, как генерирующих электричество, так и его потребителей.) точно характеризуют нагрузку.

Принцип действия активного и реактивного сопротивлений совершенно различный. Активное сопротивление – необратимо преобразует электрическую энергию в другие виды энергии (тепловую, световую и т.д.) – примеры: лампа накаливания, электронагреватель (параграф 39, Физика 11 класс В.А. Касьянов М.: Дрофа, 2007). Реактивное сопротивление – попеременно накапливает энергию затем выдаёт её обратно в сеть – примеры: конденсатор, катушка индуктивности (параграф 40,41, Физика 11 класс В.А. Касьянов М.: Дрофа, 2007).

Дальше в любом учебнике по электротехнике Вы можете прочитать, что активная мощность (рассеиваемая на активном сопротивлении) измеряется в ваттах, а реактивная мощность (циркулирующая через реактивное сопротивление) измеряется в варах; так же для характеристики мощности нагрузки используют ещё два параметра: полную мощность и коэффициент мощности. Все эти 4 параметра:Активная мощность: обозначение P, единица измерения: ВаттРеактивная мощность: обозначение Q, единица измерения: ВАр (Вольт Ампер реактивный)Полная мощность:обозначение S, единица измерения: ВА (Вольт Ампер)Коэффициент мощности: обозначение k или cosФ, единица измерения: безразмерная величинаЭти параметры связаны соотношениями: S*S=P*P+Q*Q, cosФ=k=P/SТакже cosФ называется коэффициентом мощности (Power Factor – PF)

Поэтому в электротехнике для характеристики мощности задаются любые два из этих параметров так как остальные могут быть найдены из этих двух.То же самое и с источниками питания. Их мощность (нагрузочная способность) характеризуется одним параметром для источников питания постоянного тока – активная мощность (Вт), и двумя параметрами для ист. питания переменного тока. Обычно этими двумя параметрами являются полная мощность (ВА) и активная (Вт). См. например параметры ДГУ и ИБП.

Большинство офисной и бытовой техники, активные (реактивное сопротивление отсутствует или мало), поэтому их мощность указывается в Ваттах. В этом случае при расчёте нагрузки используется значение мощности ИБП в Ваттах. Если нагрузкой являются компьютеры с блоками питания (БП) без коррекции входного коэффициента мощности (APFC), лазерный принтер, холодильник, кондиционер, электромотор (например погружной насос или мотор в составе станка), люминисцентные балластные лампы и др. – при расчёте используются все вых. данные ибп: кВА, кВт, перегрузочные характеристики и др.

Нагрузочная способность ИБП и ДГУ нормирована на стандартную промышленную нагрузку (коэффициент мощности 0.8 с индуктивным характером). Например, ИБП 100 кВА / 80 кВт. Это означает, что устройство может питать активную нагрузку максимальной мощности 80 кВт, или смешанную (активно-реактивную) нагрузку максимальной мощности 100 кВА с индуктивным коэффициентом мощности 0.8. В стабилизаторах напряжения дело обстоит иначе.

Для стабилизатора коэффициент мощности нагрузки безразличен. Например, стабилизатор напряжения 100 кВА. Это означает, что устройство может питать активную нагрузку максимальной мощности 100 кВт, или любую другую (чисто активную, чисто реактивную, смешанную) мощностью 100 кВА или 100 кВАр с любым коэффициентом мощности емкостного или индуктивного характера. Обратите внимание, что это справедливо для линейной нагрузки (без высших гармоник тока). При больших гармонических искажениях тока нагрузки (высокий КНИ) выходная мощность стабилизатора снижается.

stabhouse.ru

Каталог товаров