lite text version

 

СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ   |   * ЭЛЕКТРОТЕХНИКА *

 

Заявление:  Приведённые сведения носят информационный характер. Деятельность по применению оборудования требует квалификации и специфической подготовки.

 

 

Коэффициент мощности.

Основной показатель качества потребления электроэнергии.

 

Интегральным показателем эффективности энергетического взаимодействия источника электроэнергии (обычно питающей сети) и любого потребителя (называемым электроприёмником) является понятие "качество потребления электроэнергии", которое отражает эффективность использования потребителем поставляемой ему электроэнергии. В связи с этим, кратко обсудим этот показатель и способы его повышения.

Для простоты понимания предмета вопроса, будем рассматривать взаимодействие источника и нагрузки только на первой гармонике 50 Гц (в некоторых странах это 60 Гц), которую также называют "основной гармоникой". Рассмотрение вопроса при полигармоническом взаимодействии, когда в составе напряжений и токов присутствуют постоянные составляющие и высшие гармоники, вынесем в другую статью.

 

В общем случае мгновенные значения тока и напряжения в сетях изменяются согласно гармоническим функциям

 ;

 ;

или в комплексной форме, также называемой записью в полярных координатах, когда вектор величины записывается в виде амплитуды и угла вращения

 ;

 ;

3 - Векторная диаграмма напряжения и тока сети.wmf

Векторная диаграмма напряжения и тока сети.

 

В электротехнике широко используют понятие "полной комплексной мощности"

 ;

где  – полная (кажущаяся) мощность;  и  – амплитудные значения соответствующих синусоидальных переменных.

 

или понятие "полной мгновенной мощности" (по сути, это одно и то же, только записано в разных формах представления величин)

 .

 

Произведём известные тригонометрические преобразования и получим окончательное выражение для полной мощности.

 ;

 .

 ; действительная или активная часть полной мощности

 . мнимая или реактивная часть полной мощности

где – мгновенная активная мощность, – мгновенная реактивная мощность, – угол рассогласования (отставания или опережения) тока сети от напряжения сети.

 

Воспользуемся тригонометрическими преобразованиями

 ;

 ;

Из этих тригонометрических преобразований видно, что обе составляющие полной мощности пульсируют с двойной частотой источника электроэнергии и то, что за передачу энергии отвечает только активная составляющая полной мощности, в то время как среднее значение реактивной составляющей за период собственных колебаний равняется нулю.

 

Выведем окончательное выражение для мгновенной мощности

 ;

и после окончательных тригонометрических преобразований

 .

 

Для того чтобы определить среднее значение мгновенной мощности за период колебаний на частоте 50 Гц, что составляет 20 мс, необходимо вычислить определённый интеграл

 .

 

Таким образом, модуль полной мощности определяется как

 ;

причём активная мощность определяется активной (синфазной с вектором напряжения) составляющей тока

 ;

 ;

а реактивная мощность определяется реактивной (ортогональной с вектором напряжения) составляющей тока

 ;

 .

 

Физическое значение мощностей определяется следующим образом.

S, (ВА) полная мощность, определяет номинальные значения токов и напряжений в электрической системе,

причём напряжение  задаёт необходимую электрическую прочность изоляции, а ток  – сечения проводников;

P, (Вт)активная мощность, определяет полезную работу, выполняемые электроэнергией, и промежуточные потери в системе, которые, как правило, реализуются в виде выделения теплоты;

Q, (Вар) реактивная мощность, определяет меру накопления энергии источника в магнитных и электрических полях присутствующих накопителей энергии в контурах рассматриваемой системы. Такими накопителями являются в идеализированном виде индуктивности (магнитное поле) и ёмкости (электрическое поле).

Реактивную мощность для простоты определения можно называть "платой за транзит активной энергии от источника к потребителю".

 

Вывод, в связи с вышесказанным, понятно, что для эффективного использования электроэнергии источника необходимо:

– стремится в системе к нулевому значению реактивной мощности (Q ~ 0) так, чтобы активная мощность была максимально близка к полной мощности (P ~ S);

– минимизировать промежуточные потери мощности в контурах электросистемы.

 

Для интегрального определения эффективности использования энергии источника питания в электротехнике используют безразмерное число, называемое "коэффициентом мощности"

 

Здесь видим, что в случае взаимодействия сети и электроприёмника только на одной гармонике (в нашем примере это 50 Гц), коэффициент мощности численно равен косинусу фазового сдвига вектора тока относительно вектора напряжения в системе. Но следует помнить, что приведённое итоговое выражение есть частный случай более общей ситуации (см. статью), при которой взаимодействие источника и потребителя происходит не только на первой основной гармонике.

Укажем, что коэффициент мощности в англоязычной терминологии звучит как "power factor" и имеет буквенное сокращение PF. В русскоязычной терминологии косинус фазового сдвига вектора тока относительно вектора напряжения так часто и называют "косинус фи", хотя это и не совсем точно потому, что физический смысл этого параметра лучше отражается названием "коэффициент нагрузки", т.к. он характеризует только непосредственно угол рассогласования напряжения и тока.

 

Обращайтесь за более детальными консультациями или подбором оборудования.

 

 

 

© POWERSUITE  2000 – 2016  |   СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ  |  на главную  |  к списку статей

email: office@power-suite.ru   |   тел.: +7 (499) 754-84-15

 

|  резервные электростанции  |  источники бесперебойного питания  |  электропитающие установки  |  модульные источники питания  |  трансформаторы  | аккумуляторные батареи  |  системы мониторинга аккумуляторов |  устройства управления двигателями  |  средства автоматизации  |  распределительные щиты и панели  |  устройства защиты от импульсных перенапряжений  | коммутационная аппаратура  | шкафы и стойки  |  контейнеры  |