Vahelduvvoolu toiteallikas ja toitekaod

Ainult aktiivtakistustega vooluahela võimsust nimetatakse aktiivvõimsuseks P. See arvutatakse nagu tavaliselt, kasutades ühte järgmistest valemitest:

Aktiivvõimsus iseloomustab vooluenergia pöördumatut (pöördumatut) tarbimist.

Kettides vahelduvvoolu taastumatuid energiakadusid põhjustab palju rohkem põhjuseid kui alalisvooluahelates. Need põhjused on järgmised:

1. Traadi soojendamine vooluga… Alalisvoolu puhul on küte peaaegu ainuke energiakao vorm. Ja vahelduvvoolu puhul, mis on sama väärtusega alalisvooluga, on traadi soojendamise energiakadu suurem, kuna traadi takistus suureneb pinnaefekti tõttu. Mida kõrgem praegune sagedus, seda rohkem see mõjutab pinnaefekt ja seda suurem kadu traadi soojendamisel.

2. Kaod pöörisvoolude tekitamiseks, mida muidu nimetatakse Foucault vooludeks... Need voolud indutseeritakse kõigis metallkehades vahelduvvoolu tekitatud magnetväljas. Tegevusest pöörisvoolud metallkehad kuumenevad.Eriti märkimisväärseid pöörisvoolukadusid võib täheldada terassüdamike puhul. Energiakaod pöörisvoolude tekitamiseks suurenevad sageduse suurenemisega.

Pöörisvoolud — massiivses südamikus, b — lamellsüdamikus

3. Magnethüstereesi kadu... Vahelduva magnetvälja mõjul ferromagnetilised südamikud ümbermagnetiseeritakse. Sel juhul tekib südamikuosakeste vastastikune hõõrdumine, mille tulemusena südamik kuumeneb. Kuna sagedus suureneb, kaod alates magnethüsterees kasvab.

4. Kaod tahkes või vedelas dielektrikus... Sellistes dielektrikutes põhjustab vahelduv elektriväli molekulide polarisatsioon, see tähendab, et molekulide vastaskülgedel tekivad laengud, mis on väärtuselt võrdsed, kuid märgid erinevad. Polariseeritud molekulid pöörlevad välja mõjul ja kogevad vastastikust hõõrdumist. Tänu sellele dielektrik soojeneb. Kui sagedus suureneb, suurenevad selle kaod.

5. Isolatsiooni lekkekaod… Kasutatavad isolatsiooniained ei ole ideaalsed dielektrikud ja neis on täheldatud lekkeid. Teisisõnu, isolatsioonitakistus, kuigi väga kõrge, ei ole võrdne lõpmatusega. Seda tüüpi kadu esineb ka alalisvoolus. Kõrge pinge korral on isegi võimalik, et laengud voolavad traati ümbritsevasse õhku.

6. Elektromagnetlainete kiirgusest tingitud kaod… Mis tahes vahelduvvoolukaabel kiirgab elektromagnetlaineid, ja sageduse kasvades suureneb kiirgavate lainete energia järsult (proportsionaalselt sageduse ruuduga).Elektromagnetlained lahkuvad juhist pöördumatult ja seetõttu on lainete emissiooni energiatarve samaväärne mõne aktiivtakistuse kadudega. Raadiosaatja antennides on seda tüüpi kadu kasulik energiakadu.

7. Kaod jõuülekandel teistele ahelatele... Selle tulemusena elektromagnetilise induktsiooni nähtused osa vahelduvvoolutoidet kantakse ühest vooluringist teise lähedalasuvasse. Mõnel juhul, näiteks trafode puhul, on see energiaülekanne kasulik.

Vahelduvvooluahela aktiivtakistus võtab arvesse kõiki loetletud mittetaastavate energiakadude tüüpe... Jadaahela puhul saate aktiivtakistuse määratleda aktiivvõimsuse, kõigi kadude tugevuse ja energiakadude ruudu suhtena. praegune:

Seega antud voolu korral on vooluahela aktiivtakistus seda suurem, mida suurem on aktiivvõimsus, st seda suuremad on kogu energiakaod.

Induktiivtakistusega ahelaosas olevat võimsust nimetatakse reaktiivvõimsuseks Q... See iseloomustab reaktiivenergiat ehk energiat, mis ei ole pöördumatult ära kulunud, vaid ainult ajutiselt salvestatud magnetvälja. Eristamiseks aktiivvõimsusest mõõdetakse reaktiivvõimsust mitte vattides, vaid reaktiivvolt-amprites (var või var)... Selles suhtes nimetati seda varem veevabaks.

Reaktiivvõimsus määratakse ühe valemiga:

kus UL on pinge induktiivse takistusega xL sektsioonis; Mina olen selles jaotises praegune.

Aktiiv- ja induktiivtakistusega jadaahela jaoks võetakse kasutusele koguvõimsuse S mõiste... See määratakse ahela kogupinge U ja voolu I korrutisega ning väljendatakse volt-amprites (VA või VA)

Aktiivse takistusega sektsiooni võimsus arvutatakse ühe ülaltoodud valemiga või järgmise valemiga:

kus φ on pinge U ja voolu I vaheline faasinurk.

Cosφ koefitsient on võimsustegur… Seda nimetatakse sageli "koosinus phi"… Võimsustegur näitab, kui suur osa koguvõimsusest on aktiivvõimsus:

Cosφ väärtus võib varieeruda nullist ühikuni, sõltuvalt aktiiv- ja reaktiivtakistuse suhtest. Kui vooluringis on ainult üks reaktsioonivõime, siis φ = 90 °, cosφ = 0, P = 0 ja vooluahela võimsus on puhtalt reaktiivne. Kui on ainult aktiivne takistus, siis φ = 0, cosφ = 1 ja P = S, see tähendab, et kogu vooluahela võimsus on puhtalt aktiivne.

Mida madalam on cosφ, seda väiksem on näivvõimsuse aktiivvõimsuse osakaal ja seda suurem on reaktiivvõimsus. Kuid voolu tööd, see tähendab selle energia üleminekut mõnda muud tüüpi energiaks, iseloomustab ainult aktiivne jõud. Ja reaktiivvõimsus iseloomustab energiat, mis kõikub generaatori ja ahela reaktiivosa vahel.

Elektrivõrgu jaoks on see kasutu ja isegi kahjulik. Tuleb märkida, et raadiotehnikas on reaktiivvõimsus mitmel juhul vajalik ja kasulik. Näiteks raadiotehnikas laialdaselt kasutatavates võnkeahelates, mida kasutatakse elektriliste võnkumiste tekitamiseks, on nende võnkumiste tugevus peaaegu puhtalt reaktiivne.
Vektordiagramm näitab, kuidas cosφ muutmine muudab vastuvõtja voolu I, mille võimsus ei muutu.

Vastuvõtja voolude vektorskeem konstantsel võimsusel ja erinevatel võimsusteguritel

Nagu näha, on võimsustegur cosφ oluline näitaja vahelduva EMF-generaatori poolt välja töötatud koguvõimsuse kasutusastme kohta... Erilist tähelepanu tuleb pöörata asjaolule, et cosφ <1 juures peab generaator tekitama pinge ja vool, mille korrutis on suurem kui aktiivvõimsus. Näiteks kui elektrivõrgu aktiivvõimsus on 1000 kW ja cosφ = 0,8, siis on näivvõimsus võrdne:

Oletame, et sel juhul saadakse tegelik võimsus pingel 100 kV ja voolul 10 A. Näivvõimsuse saamiseks peab generaator aga tekitama pinge 125 kV

On selge, et generaatori kasutamine kõrgema pinge jaoks on ebasoodne ja pealegi on kõrgema pinge korral vaja parandada juhtmete isolatsiooni, et vältida suurenenud leket või kahjustuste tekkimist. See toob kaasa elektrivõrgu hinna tõusu.

Vajadus suurendada generaatori pinget reaktiivvõimsuse olemasolu tõttu on iseloomulik aktiiv- ja reaktiivtakistusega jadaahelale. Kui on olemas paralleelahel aktiivsete ja reaktiivsete harudega, siis peab generaator tekitama rohkem voolu, kui ühe aktiivtakistusega vaja läheb. Teisisõnu, generaator on koormatud täiendava reaktiivvooluga.

Näiteks ülaltoodud väärtuste P = 1000 kW, cosφ = 0,8 ja S = 1250 kVA korral peaks generaator paralleelselt ühendamisel andma voolu mitte 10 A, vaid 12,5 A pingel 100 kV .sel juhul ei pea mitte ainult generaator olema projekteeritud suurema voolu jaoks, vaid ka elektriliini juhtmed, mille kaudu see vool edastatakse, tuleb võtta suurema paksusega, mis suurendab ka liini maksumust. Kui liinis ja generaatori mähistes on juhtmed, mis on ette nähtud 10 A voolu jaoks, siis on selge, et vool 12,5 A põhjustab nende juhtmete kuumenemist.

Seega, kuigi ekstra reaktiivvool kannab generaatorist reaktiivenergia üle reaktiivkoormustele ja vastupidi, kuid tekitab juhtmete aktiivtakistuse tõttu tarbetuid energiakadusid.

Olemasolevates elektrivõrkudes saab reaktiivtakistusega sektsioone ühendada nii järjestikku kui ka paralleelselt aktiivtakistusega sektsioonidega. Seetõttu peavad generaatorid arendama kõrgemat pinget ja suurendama voolu, et tekitada lisaks kasulikule aktiivvõimsusele ka reaktiivvõimsus.

Öeldu põhjal on selge, kui oluline see elektrifitseerimise jaoks on suurendades cosφ väärtust… Selle vähenemise põhjustab reaktiivkoormuste kaasamine elektrivõrku. Näiteks tühikäigul töötavad või mittetäielikult koormatud elektrimootorid või trafod tekitavad olulisi reaktiivkoormusi, kuna neil on suhteliselt kõrge mähise induktiivsus. Cosφ suurendamiseks on oluline, et mootorid ja trafod töötaksid täiskoormusel. See on olemas mitu võimalust cosφ suurendamiseks.

Kokkuvõtteks märgime, et kõik kolm jõudu on omavahel seotud järgmise seosega:

see tähendab, et näivvõimsus ei ole aktiiv- ja reaktiivvõimsuse aritmeetiline summa.On tavaks öelda, et võimsus S on astmete P ja Q geomeetriline summa.

Vaata ka: Reaktiivsus elektrotehnikas