Maiņstrāvas padeve un jaudas zudumi

Ķēdes jaudu, kurai ir tikai aktīvās pretestības, sauc par aktīvo jaudu P. To aprēķina kā parasti, izmantojot vienu no šīm formulām:

Aktīvā jauda raksturo neatgriezenisku (neatgriezenisku) strāvas enerģijas patēriņu.

Ķēdēs maiņstrāva ir daudz vairāk iemeslu, kas izraisa neatgūstamus enerģijas zudumus nekā līdzstrāvas ķēdēs. Šie iemesli ir šādi:

1. Vada sildīšana ar strāvu... Līdzstrāvai sildīšana ir gandrīz vienīgais enerģijas zuduma veids. Un maiņstrāvai, kuras vērtība ir vienāda ar līdzstrāvu, enerģijas zudumi stieples sildīšanai ir lielāki, jo stieples pretestība palielinās virsmas efekta dēļ. Jo augstāks strāvas frekvence, jo vairāk tas ietekmē virsmas efekts un lielāki zudumi stieples sildīšanai.

2. Zudumi, lai radītu virpuļstrāvas, citādi sauktas par Fuko strāvām... Šīs strāvas tiek inducētas visos metāliskajos ķermeņos magnētiskajā laukā, ko rada maiņstrāva. No darbības virpuļstrāvas metāla korpusi sakarst.Īpaši ievērojamus virpuļstrāvas zudumus var novērot tērauda serdeņos. Enerģijas zudumi virpuļstrāvu radīšanai palielinās, palielinoties frekvencei.

Virpuļstrāvas — masīvā kodolā, b — slāņveida kodolā

3. Magnētiskās histerēzes zudums... Maiņstrāvas magnētiskā lauka ietekmē feromagnētiskie serdeņi tiek remagnetizēti. Šajā gadījumā notiek serdes daļiņu savstarpēja berze, kā rezultātā serde uzsilst. Biežumam pieaugot zaudējumi no magnētiskā histerēze aug.

4. Zudumi cietos vai šķidros dielektriķos... Šādos dielektriķos mainīgais elektriskais lauks izraisa molekulu polarizācija, tas ir, lādiņi parādās molekulu pretējās pusēs, vienādas vērtības, bet atšķirīgas pēc zīmes. Polarizētās molekulas griežas lauka iedarbībā un piedzīvo savstarpēju berzi. Pateicoties tam, dielektriķis uzsilst. Palielinoties frekvencei, palielinās tās zudumi.

5. Izolācijas noplūdes zudumi… Izmantotās izolācijas vielas nav ideāli dielektriķi un tajās tiek novērotas noplūdes. Citiem vārdiem sakot, izolācijas pretestība, lai arī ļoti augsta, nav vienāda ar bezgalību. Šāda veida zudumi pastāv arī tiešā strāvā. Pie augsta sprieguma pat iespējams, ka lādiņi ieplūst gaisā ap vadu.

6. Zaudējumi elektromagnētisko viļņu starojuma dēļ... Jebkurš maiņstrāvas kabelis izstaro elektromagnētiskos viļņus, un, frekvencei palielinoties, izstaroto viļņu enerģija strauji palielinās (proporcionāli frekvences kvadrātam).Elektromagnētiskie viļņi neatgriezeniski atstāj vadītāju, un tāpēc enerģijas patēriņš viļņu emisijai ir līdzvērtīgs kādas aktīvās pretestības zudumiem. Radio raidītāju antenās šāda veida zudumi ir noderīgs enerģijas zudums.

7. Zudumi elektroenerģijas pārvadei uz citām ķēdēm... Kā sekas elektromagnētiskās indukcijas parādības daļa maiņstrāvas tiek pārsūtīta no vienas ķēdes uz citu, kas atrodas tuvumā. Dažos gadījumos, piemēram, transformatoros, šī enerģijas pārnešana ir izdevīga.

Maiņstrāvas ķēdes aktīvajā pretestībā ir ņemti vērā visi uzskaitītie neatgūstamo enerģijas zudumu veidi... Sērijas ķēdei aktīvo pretestību var definēt kā aktīvās jaudas attiecību, visu zudumu stiprumu pret kvadrātu. Esošais:

Tādējādi noteiktai strāvai ķēdes aktīvā pretestība ir lielāka, jo lielāka ir aktīvā jauda, ​​t.i., jo lielāki ir kopējie enerģijas zudumi.

Jauda ķēdes posmā ar induktīvo pretestību tiek saukta par reaktīvo jaudu Q... Tas raksturo reaktīvo enerģiju, tas ir, enerģiju, kas netiek neatgriezeniski patērēta, bet tikai īslaicīgi glabājas magnētiskajā laukā. Lai to atšķirtu no aktīvās jaudas, reaktīvo jaudu mēra nevis vatos, bet gan reaktīvos volt-ampēros (var vai var)... Šajā ziņā to agrāk sauca par bezūdens.

Reaktīvo jaudu nosaka pēc vienas no formulām:

kur UL ir spriegums sekcijā ar induktīvo pretestību xL; Es esmu pašreizējā šajā sadaļā.

Virknes ķēdei ar aktīvo un induktīvo pretestību tiek ieviests kopējās jaudas S jēdziens... To nosaka kopējā ķēdes sprieguma U un strāvas I reizinājums un izsaka volt-ampēros (VA vai VA)

Jaudu sekcijā ar aktīvo pretestību aprēķina pēc vienas no iepriekš minētajām formulām vai pēc formulas:

kur φ ir fāzes leņķis starp spriegumu U un strāvu I.

Koeficients cosφ ir jaudas koeficients… To bieži sauc "kosinuss phi"… Jaudas koeficients parāda, cik liela daļa no kopējās jaudas ir aktīvā jauda:

Cosφ vērtība var mainīties no nulles līdz vienībai atkarībā no attiecības starp aktīvo un reaktīvo pretestību. Ja ķēdē ir tikai viens reaktivitāte, tad φ = 90 °, cosφ = 0, P = 0 un ķēdes jauda ir tīri reaktīva. Ja ir tikai aktīvā pretestība, tad φ = 0, cosφ = 1 un P = S, tas ir, visa ķēdē esošā jauda ir tīri aktīva.

Jo mazāks cosφ, jo mazāka ir redzamās jaudas aktīvās jaudas daļa un lielāka reaktīvā jauda. Bet strāvas darbu, tas ir, tās enerģijas pāreju uz cita veida enerģiju, raksturo tikai aktīvā jauda. Un reaktīvā jauda raksturo enerģiju, kas svārstās starp ģeneratoru un ķēdes reaktīvo daļu.

Elektrotīklam tas ir bezjēdzīgi un pat kaitīgi. Jāatzīmē, ka radiotehnikā reaktīvā jauda ir nepieciešama un noderīga vairākos gadījumos. Piemēram, svārstību ķēdēs, ko plaši izmanto radiotehnikā un izmanto elektrisko svārstību ģenerēšanai, šo svārstību stiprums ir gandrīz tīri reaktīvs.
Vektoru diagramma parāda, kā mainot cosφ maina uztvērēja strāvu I ar nemainīgu jaudu.

Uztvērēja strāvu vektorshēma pie nemainīgas jaudas un dažādiem jaudas faktoriem

Kā redzams, jaudas koeficients cosφ ir būtisks rādītājs maiņstrāvas EML ģeneratora izstrādātās kopējās jaudas izmantošanas pakāpei... Īpaša uzmanība jāpievērš tam, ka pie cosφ <1 ģeneratoram ir jārada. spriegums un strāva, kuru reizinājums ir lielāks par aktīvo jaudu. Piemēram, ja aktīvā jauda elektrotīklā ir 1000 kW un cosφ = 0,8, tad šķietamā jauda būs vienāda ar:

Pieņemsim, ka šajā gadījumā reālo jaudu iegūst pie 100 kV sprieguma un 10 A strāvas. Tomēr ģeneratoram ir jāģenerē 125 kV spriegums, lai šķietamā jauda būtu

Skaidrs, ka ģeneratora izmantošana augstākam spriegumam ir neizdevīga, turklāt pie lielāka sprieguma būs jāuzlabo vadu izolācija, lai izvairītos no pastiprinātas noplūdes vai bojājumu rašanās. Tas izraisīs elektrotīkla cenas pieaugumu.

Nepieciešamība palielināt ģeneratora spriegumu reaktīvās jaudas klātbūtnes dēļ ir raksturīga virknes ķēdei ar aktīvo un reaktīvo pretestību. Ja ir paralēla ķēde ar aktīviem un reaktīviem zariem, tad ģeneratoram ir jārada lielāka strāva nekā nepieciešams ar vienu aktīvo pretestību. Citiem vārdiem sakot, ģenerators tiek noslogots ar papildu reaktīvo strāvu.

Piemēram, iepriekš minētajām vērtībām P = 1000 kW, cosφ = 0,8 un S = 1250 kVA, ja tas ir savienots paralēli, ģeneratoram jādod strāva nevis 10 A, bet 12,5 A pie sprieguma 100 kV .šajā gadījumā ne tikai ģenerators jāprojektē lielākai strāvai, bet arī elektrības līnijas vadi, pa kuriem šī strāva tiks pārvadīta, būs jāņem ar lielāku biezumu, kas arī palielinās izmaksas par līniju. Ja līnijā un pie ģeneratora tinumiem ir vadi, kas paredzēti 10 A strāvai, tad ir skaidrs, ka 12,5 A strāva izraisīs pastiprinātu sildīšanu šajos vados.

Tādējādi, lai gan papildus reaktīvā strāva pārnes reaktīvo enerģiju no ģeneratora uz reaktīvajām slodzēm un otrādi, bet rada nevajadzīgus enerģijas zudumus vadu aktīvās pretestības dēļ.

Esošajos elektrotīklos sekcijas ar reaktīvo pretestību var savienot gan virknē, gan paralēli sekcijām ar aktīvo pretestību. Tāpēc ģeneratoriem ir jāattīsta paaugstināts spriegums un palielināta strāva, lai papildus noderīgai aktīvajai jaudai radītu arī reaktīvo jaudu.

No teiktā ir skaidrs, cik tas ir svarīgi elektrifikācijai palielinot cosφ vērtību… Tā samazināšanos izraisa reaktīvo slodžu iekļaušana elektrotīklā. Piemēram, elektromotori vai transformatori, kas darbojas tukšgaitā vai nav pilnībā noslogoti, rada ievērojamas reaktīvās slodzes, jo tiem ir salīdzinoši augsta tinuma induktivitāte. Lai palielinātu cosφ, ir svarīgi, lai motori un transformatori darbotos ar pilnu slodzi. Tā pastāv vairāki veidi, kā palielināt cosφ.

Noslēgumā mēs atzīmējam, ka visi trīs spēki ir savstarpēji saistīti ar šādu attiecību:

tas ir, šķietamā jauda nav aktīvās un reaktīvās jaudas aritmētiskā summa.Ir pieņemts teikt, ka jauda S ir pakāpju P un Q ģeometriskā summa.

Skatīt arī: Reaktivitāte elektrotehnikā