Kintamosios srovės maitinimas ir galios nuostoliai

Tik aktyviąsias varžas turinčios grandinės galia vadinama aktyvia galia P. Ji apskaičiuojama kaip įprasta, naudojant vieną iš šių formulių:

Aktyvioji galia apibūdina negrįžtamą (negrįžtamą) srovės energijos suvartojimą.

Grandinėse kintamoji srovė yra daug daugiau priežasčių, sukeliančių nepataisomus energijos nuostolius nei nuolatinės srovės grandinėse. Šios priežastys yra šios:

1. Laido šildymas srove... Nuolatinei srovei šildymas yra beveik vienintelė energijos praradimo forma. O kintamajai srovei, kurios vertė yra tokia pati kaip ir nuolatinei srovei, energijos nuostoliai laido šildymui yra didesni, nes dėl paviršiaus poveikio padidėja laido varža. Kuo aukštesnis srovės dažnis, tuo labiau tai paveikia paviršiaus efektas ir didesni nuostoliai kaitinant laidą.

2. Sūkurinių srovių susidarymo nuostoliai, kitaip vadinami Fuko srovėmis... Šios srovės indukuojamos visuose metaliniuose kūnuose magnetiniame lauke, kurį sukuria kintamoji srovė. Nuo veiksmo sūkurinės srovės metaliniai kūnai įkaista.Ypač dideli sūkurinių srovių nuostoliai gali būti stebimi plieninėse šerdyse. Energijos nuostoliai sūkurinėms srovėms sukurti didėja didėjant dažniui.

Sūkurinės srovės — masyvioje šerdyje, b — lamelinėje šerdyje

3. Magnetinės histerezės praradimas... Veikiant kintamam magnetiniam laukui, feromagnetinės šerdys yra iš naujo įmagnetinamos. Tokiu atveju atsiranda šerdies dalelių tarpusavio trintis, dėl kurios šerdis įkaista. Didėjant dažniui nuostoliai iš magnetinė histerezė auga.

4. Nuostoliai kietuose arba skystuose dielektrikuose... Tokiuose dielektrikuose kintamasis elektrinis laukas sukelia molekulių poliarizacija, tai yra, krūviai atsiranda priešingose ​​molekulių pusėse, vienodos vertės, bet skirtingo ženklo. Poliarizuotos molekulės sukasi veikiant laukui ir patiria tarpusavio trintį. Dėl to dielektrikas įkaista. Didėjant dažniui, didėja jo nuostoliai.

5. Izoliacijos nuotėkio nuostoliai… Naudojamos izoliacinės medžiagos nėra idealūs dielektrikai ir jose pastebimi nesandarumo nuotėkiai. Kitaip tariant, izoliacijos varža, nors ir labai didelė, bet nelygu begalybei. Šio tipo nuostoliai taip pat egzistuoja nuolatinėje srovėje. Esant aukštai įtampai, į orą, supantį laidą, netgi gali tekėti krūviai.

6. Nuostoliai dėl elektromagnetinių bangų spinduliavimo... Bet koks kintamosios srovės kabelis skleidžia elektromagnetines bangas, o dažniui didėjant, skleidžiamų bangų energija smarkiai padidėja (proporcingai dažnio kvadratui).Elektromagnetinės bangos negrįžtamai palieka laidininką, todėl energijos sąnaudos bangoms skleisti prilygsta tam tikros aktyviosios varžos nuostoliams. Radijo siųstuvų antenose tokio tipo nuostoliai yra naudingi energijos nuostoliai.

7. Energijos perdavimo kitoms grandinėms nuostoliai... Kaip pasekmė elektromagnetinės indukcijos reiškiniai tam tikra kintamosios srovės energija perduodama iš vienos grandinės į kitą netoliese esančią. Kai kuriais atvejais, pavyzdžiui, transformatoriuose, šis energijos perdavimas yra naudingas.

Kintamosios srovės grandinės aktyvioji varža atsižvelgia į visus išvardytus neatkuriamų energijos nuostolių tipus... Nuoseklinei grandinei aktyviąją varžą galite apibrėžti kaip aktyviosios galios santykį, visų nuostolių stiprumą su kvadratu. Dabartinis:

Taigi, esant tam tikrai srovei, tuo didesnė grandinės aktyvioji varža, tuo didesnė aktyvioji galia, t.y., tuo didesni bendri energijos nuostoliai.

Galia grandinės atkarpoje su indukcine varža vadinama reaktyvia galia Q... Ji apibūdina reaktyviąją energiją, tai yra energiją, kuri nėra negrįžtamai suvartojama, o tik laikinai sukaupta magnetiniame lauke. Norint atskirti nuo aktyviosios galios, reaktyvioji galia matuojama ne vatais, o reaktyviaisiais volt-amperais (var arba var)... Šiuo atžvilgiu ji anksčiau buvo vadinama bevandene.

Reaktyvioji galia nustatoma pagal vieną iš formulių:

čia UL – įtampa sekcijoje su indukcine varža xL; Aš esu šio skyriaus srovė.

Nuoseklinei grandinei su aktyvia ir indukcine varža įvedama suminės galios S sąvoka... Ją lemia visos grandinės įtampos U ir srovės I sandauga ir išreiškiama voltais amperais (VA arba VA)

Galia sekcijoje su aktyvia varža apskaičiuojama pagal vieną iš aukščiau pateiktų formulių arba pagal formulę:

čia φ yra fazės kampas tarp įtampos U ir srovės I.

Cosφ koeficientas yra galios koeficientas... Jis dažnai vadinamas "kosinusas phi"… Galios koeficientas parodo, kiek visos galios sudaro aktyvioji galia:

Cosφ reikšmė gali svyruoti nuo nulio iki vieneto, priklausomai nuo aktyviosios ir reaktyviosios varžos santykio. Jei grandinėje yra tik vienas reaktyvumas, tada φ = 90 °, cosφ = 0, P = 0 ir grandinėje esanti galia yra grynai reaktyvioji. Jei yra tik aktyvioji varža, tada φ = 0, cosφ = 1 ir P = S, tai yra, visa grandinės galia yra grynai aktyvi.

Kuo mažesnis cosφ, tuo mažesnė tariamosios galios aktyviosios galios dalis ir didesnė reaktyvioji galia. Tačiau srovės darbui, ty jos energijos perėjimui į kitą energijos rūšį, būdinga tik aktyvioji galia. O reaktyvioji galia apibūdina energiją, kuri svyruoja tarp generatoriaus ir reaktyviosios grandinės dalies.

Elektros tinklui tai nenaudinga ir netgi žalinga. Reikėtų pažymėti, kad radijo inžinerijoje reaktyvioji galia yra būtina ir naudinga daugeliu atvejų. Pavyzdžiui, svyruojančiose grandinėse, kurios plačiai naudojamos radijo inžinerijoje ir naudojamos elektriniams virpesiams generuoti, šių virpesių stiprumas yra beveik grynai reaktyvus.
Vektorinė diagrama rodo, kaip keičiant cosφ keičiasi imtuvo srovė I, kai jo galia nesikeičia.

Imtuvo srovių esant pastoviai galiai ir įvairių galios koeficientų vektorinė diagrama

Kaip matyti, galios koeficientas cosφ yra svarbus kintamojo EMF generatoriaus sukurtos suminės galios panaudojimo laipsnio rodiklis... Būtina atkreipti ypatingą dėmesį į tai, kad esant cosφ <1 generatorius turi sukurti įtampa ir srovė, kurios sandauga yra didesnė už aktyviąją galią. Pavyzdžiui, jei aktyvioji galia elektros tinkle yra 1000 kW ir cosφ = 0,8, tada tariama galia bus lygi:

Tarkime, kad šiuo atveju tikroji galia gaunama esant 100 kV įtampai ir 10 A srovei. Tačiau generatorius turi generuoti 125 kV įtampą, kad tariamoji galia būtų

Akivaizdu, kad generatoriaus naudojimas aukštesnei įtampai yra nepalankus, be to, esant aukštesnei įtampai, reikės pagerinti laidų izoliaciją, kad būtų išvengta padidėjusio nuotėkio ar pažeidimų. Tai lems elektros tinklo kainos padidėjimą.

Poreikis padidinti generatoriaus įtampą dėl reaktyviosios galios yra būdingas nuosekliai grandinei su aktyvia ir reaktyvia varža. Jei yra lygiagreti grandinė su aktyviomis ir reaktyviosiomis šakomis, generatorius turi sukurti daugiau srovės, nei reikia su viena aktyvia varža. Kitaip tariant, generatorius apkraunamas papildoma reaktyviąja srove.

Pavyzdžiui, esant aukščiau nurodytoms vertėms P = 1000 kW, cosφ = 0,8 ir S = 1250 kVA, kai lygiagrečiai prijungtas, generatorius turi duoti ne 10 A, o 12,5 A srovę esant 100 kV įtampai. .tokiu atveju ne tik generatorius turi buti suprojektuotas didesnei srovei, bet ir elektros linijos, kuria bus perduodama ta srove, laidus teks paimti didesniu storiu, o tai irgi padidins vienos linijos savikaina. Jei linijoje ir generatoriaus apvijose yra laidai, skirti 10 A srovei, tada aišku, kad 12,5 A srovė padidins šių laidų šildymą.

Taigi, nors papildoma reaktyvioji srovė perduoda reaktyviąją energiją iš generatoriaus į reaktyviąsias apkrovas ir atvirkščiai, tačiau sukuria nereikalingus energijos nuostolius dėl aktyvios laidų varžos.

Esamuose elektros tinkluose reaktyviosios varžos sekcijas galima jungti tiek nuosekliai, tiek lygiagrečiai su aktyviosios varžos sekcijomis. Todėl generatoriai turi sukurti didesnę įtampą ir didesnę srovę, kad, be naudingos aktyviosios galios, būtų sukurta ir reaktyvioji galia.

Iš to, kas pasakyta, aišku, kokia ji svarbi elektrifikacijai padidinant cosφ vertę… Jo sumažėjimą lemia reaktyviųjų apkrovų įtraukimas į elektros tinklą. Pavyzdžiui, tuščiąja eiga arba nevisiškai apkrauti elektros varikliai ar transformatoriai sukuria reikšmingas reaktyviąsias apkrovas, nes turi santykinai aukštą apvijų induktyvumą. Norint padidinti cosφ, svarbu, kad varikliai ir transformatoriai veiktų visa apkrova. Jis egzistuoja keli būdai padidinti cosφ.

Baigdami pažymime, kad visos trys jėgos yra tarpusavyje susijusios tokiu ryšiu:

tai yra, tariama galia nėra aritmetinė aktyviosios ir reaktyviosios galios suma.Įprasta sakyti, kad laipsnis S yra geometrinė laipsnių P ir Q suma.

Taip pat žiūrėkite: Reaktyvumas elektrotechnikoje