Bekalan kuasa AC dan kehilangan kuasa
Kuasa litar yang hanya mempunyai rintangan aktif dipanggil kuasa aktif P. Ia dikira seperti biasa menggunakan salah satu formula berikut:
Kuasa aktif mencirikan penggunaan tenaga semasa yang tidak dapat dipulihkan (tidak dapat dipulihkan).
Dalam rantai arus ulang alik terdapat banyak lagi punca yang menyebabkan kehilangan tenaga yang tidak dapat dipulihkan daripada litar DC. Sebab-sebab ini adalah seperti berikut:
1. Memanaskan wayar dengan arus… Untuk arus terus, pemanasan adalah hampir satu-satunya bentuk kehilangan tenaga. Dan untuk arus ulang alik, yang sama nilainya dengan arus terus, kehilangan tenaga untuk pemanasan wayar adalah lebih besar disebabkan oleh peningkatan rintangan wayar akibat kesan permukaan. Semakin tinggi frekuensi semasa, semakin banyak kesannya kesan permukaan dan kerugian yang lebih besar untuk memanaskan wayar.
2. Kerugian untuk mencipta arus pusar, atau dipanggil arus Foucault... Arus ini teraruh dalam semua jasad logam dalam medan magnet yang dihasilkan oleh arus ulang alik. Dari tindakan arus pusar badan logam menjadi panas.Kerugian arus pusar yang amat ketara boleh diperhatikan dalam teras keluli. Kehilangan tenaga untuk mencipta arus pusar meningkat dengan peningkatan kekerapan.
Arus pusar — dalam teras besar, b — dalam teras lamellar
3. Kehilangan histeresis magnetik... Di bawah pengaruh medan magnet berselang-seli, teras feromagnetik dimagnetkan semula. Dalam kes ini, geseran bersama zarah teras berlaku, akibatnya teras menjadi panas. Apabila kekerapan meningkatkan kerugian daripada histerisis magnetik sedang berkembang.
4. Kerugian dalam dielektrik pepejal atau cecair... Dalam dielektrik sedemikian, medan elektrik berselang-seli menyebabkan polarisasi molekul, iaitu, cas muncul pada sisi bertentangan molekul, sama nilai tetapi berbeza dalam tanda. Molekul terkutub berputar di bawah tindakan medan dan mengalami geseran bersama. Disebabkan itu, dielektrik menjadi panas. Apabila kekerapan meningkat, kerugiannya meningkat.
5. Kehilangan Kebocoran Penebat… Bahan penebat yang digunakan bukanlah dielektrik yang ideal dan kebocoran kebocoran diperhatikan di dalamnya. Dengan kata lain, rintangan penebat, walaupun sangat tinggi, tidak sama dengan infiniti. Kehilangan jenis ini juga wujud dalam arus terus. Pada voltan tinggi, caj boleh mengalir ke udara di sekeliling wayar.
6. Kerugian akibat sinaran gelombang elektromagnet… Mana-mana kabel AC memancarkan gelombang elektromagnet, dan apabila frekuensi meningkat, tenaga gelombang yang dipancarkan meningkat dengan mendadak (berkadar dengan kuasa dua frekuensi).Gelombang elektromagnet tidak dapat dipulihkan meninggalkan konduktor, dan oleh itu penggunaan tenaga untuk pancaran gelombang adalah bersamaan dengan kehilangan dalam beberapa rintangan aktif. Dalam antena pemancar radio, kehilangan jenis ini adalah kehilangan tenaga yang berguna.
7. Kerugian untuk penghantaran kuasa ke litar lain... Akibatnya fenomena aruhan elektromagnet beberapa kuasa AC dipindahkan dari satu litar ke litar lain yang terletak berdekatan. Dalam sesetengah kes, seperti dalam transformer, pemindahan tenaga ini bermanfaat.
Rintangan aktif litar AC mengambil kira semua jenis kehilangan tenaga tidak boleh pulih yang disenaraikan... Untuk litar bersiri, anda boleh menentukan rintangan aktif sebagai nisbah kuasa aktif, kekuatan semua kerugian kepada kuasa dua semasa:
Oleh itu, untuk arus tertentu, rintangan aktif litar adalah lebih besar, lebih besar kuasa aktif, iaitu, lebih besar jumlah kehilangan tenaga.
Kuasa dalam bahagian litar dengan rintangan induktif dipanggil kuasa reaktif Q... Ia mencirikan tenaga reaktif, iaitu, tenaga yang tidak boleh diambil semula, tetapi hanya disimpan sementara dalam medan magnet. Untuk membezakannya daripada kuasa aktif, kuasa reaktif diukur bukan dalam watt, tetapi dalam volt-ampere reaktif (var atau var)... Dalam hal ini, ia sebelum ini dipanggil anhydrous.
Kuasa reaktif ditentukan oleh salah satu formula:
di mana UL ialah voltan dalam bahagian dengan rintangan induktif xL; Saya adalah arus dalam bahagian ini.
Untuk litar bersiri dengan rintangan aktif dan induktif, konsep jumlah kuasa S diperkenalkan... Ia ditentukan oleh hasil darab jumlah voltan litar U dan arus I dan dinyatakan dalam volt-ampere (VA atau VA)
Kuasa dalam bahagian dengan rintangan aktif dikira oleh salah satu daripada formula di atas atau dengan formula:
di mana φ ialah sudut fasa antara voltan U dan arus I.
Pekali cosφ ialah faktor kuasa… Ia sering dipanggil "cosinus phi"… Faktor kuasa menunjukkan berapa banyak daripada jumlah kuasa adalah kuasa aktif:
Nilai cosφ boleh berbeza dari sifar hingga perpaduan, bergantung pada nisbah antara rintangan aktif dan reaktif. Jika hanya ada satu dalam litar kereaktifan, maka φ = 90 °, cosφ = 0, P = 0 dan kuasa dalam litar adalah reaktif semata-mata. Jika hanya terdapat rintangan aktif, maka φ = 0, cosφ = 1 dan P = S, iaitu semua kuasa dalam litar adalah aktif semata-mata.
Semakin rendah kosφ, semakin kecil bahagian kuasa aktif kuasa ketara dan semakin tinggi kuasa reaktif. Tetapi kerja arus, iaitu, peralihan tenaganya ke beberapa jenis tenaga lain, hanya dicirikan oleh kuasa aktif. Dan kuasa reaktif mencirikan tenaga yang turun naik antara penjana dan bahagian reaktif litar.
Untuk grid elektrik, ia tidak berguna malah berbahaya. Perlu diingatkan bahawa dalam kejuruteraan radio kuasa reaktif adalah perlu dan berguna dalam beberapa kes. Sebagai contoh, dalam litar berayun, yang digunakan secara meluas dalam kejuruteraan radio dan digunakan untuk menjana ayunan elektrik, kekuatan ayunan ini hampir reaktif semata-mata.
Rajah vektor menunjukkan bagaimana perubahan cosφ mengubah arus penerima I dengan kuasanya tidak berubah.
Gambarajah vektor arus penerima pada kuasa malar dan pelbagai faktor kuasa
Seperti yang dapat dilihat, faktor kuasa cosφ ialah penunjuk penting bagi tahap penggunaan jumlah kuasa yang dibangunkan oleh penjana EMF berselang-seli... Ia adalah perlu untuk memberi perhatian khusus kepada fakta bahawa pada cosφ <1 penjana mesti mencipta voltan dan arus yang hasil darabnya lebih besar daripada kuasa aktif. Sebagai contoh, jika kuasa aktif dalam rangkaian elektrik ialah 1000 kW dan cosφ = 0.8, maka kuasa ketara akan sama dengan:
Katakan dalam kes ini kuasa sebenar diperolehi pada voltan 100 kV dan arus 10 A. Walau bagaimanapun, penjana mesti menjana voltan 125 kV agar kuasa ketara menjadi
Adalah jelas bahawa penggunaan penjana untuk voltan yang lebih tinggi adalah merugikan dan, lebih-lebih lagi, pada voltan yang lebih tinggi adalah perlu untuk memperbaiki penebat wayar untuk mengelakkan peningkatan kebocoran atau berlakunya kerosakan. Ini akan menyebabkan kenaikan harga grid elektrik.
Keperluan untuk meningkatkan voltan penjana kerana kehadiran kuasa reaktif adalah ciri litar bersiri dengan rintangan aktif dan reaktif. Sekiranya terdapat litar selari dengan cawangan aktif dan reaktif, maka penjana mesti mencipta lebih banyak arus daripada yang diperlukan dengan rintangan aktif tunggal. Dalam erti kata lain, penjana dimuatkan dengan arus reaktif tambahan.
Sebagai contoh, untuk nilai di atas P = 1000 kW, cosφ = 0.8 dan S = 1250 kVA, apabila disambung secara selari, penjana harus memberikan arus bukan 10 A, tetapi 12.5 A pada voltan 100 kV .dalam kes ini, bukan sahaja penjana mesti direka untuk arus yang lebih besar, tetapi wayar talian elektrik yang melaluinya arus ini akan dihantar perlu diambil dengan ketebalan yang lebih besar, yang juga akan meningkatkan kos setiap talian. Jika dalam talian dan pada belitan penjana terdapat wayar yang direka untuk arus 10 A, maka jelas bahawa arus 12.5 A akan menyebabkan peningkatan pemanasan dalam wayar ini.
Oleh itu, walaupun tambahan arus reaktif memindahkan tenaga reaktif daripada penjana kepada beban reaktif dan sebaliknya, tetapi mencipta kehilangan tenaga yang tidak perlu disebabkan oleh rintangan aktif wayar.
Dalam rangkaian elektrik sedia ada, bahagian dengan rintangan reaktif boleh disambungkan secara bersiri dan selari dengan bahagian dengan rintangan aktif. Oleh itu, penjana mesti membangunkan peningkatan voltan dan peningkatan arus untuk mencipta, sebagai tambahan kepada kuasa aktif yang berguna, kuasa reaktif.
Daripada apa yang telah diperkatakan, jelas betapa pentingnya ia untuk elektrifikasi meningkatkan nilai cosφ… Pengurangannya disebabkan oleh kemasukan beban reaktif dalam rangkaian elektrik. Contohnya, motor elektrik atau transformer yang melahu atau tidak dimuatkan sepenuhnya menghasilkan beban reaktif yang ketara kerana ia mempunyai kearuhan belitan yang agak tinggi. Untuk meningkatkan kosφ, adalah penting bahawa motor dan transformer beroperasi pada beban penuh. Ia wujud beberapa cara untuk meningkatkan kosφ.
Sebagai kesimpulan, kami perhatikan bahawa ketiga-tiga kuasa saling berkaitan dengan hubungan berikut:
iaitu kuasa ketara bukanlah jumlah aritmetik kuasa aktif dan reaktif.Adalah menjadi kebiasaan untuk mengatakan bahawa kuasa S ialah jumlah geometri bagi kuasa P dan Q.
Lihat juga: Reaktans dalam kejuruteraan elektrik