Co to znaczy, że moc bierna jest dostarczana / pobierana?

Rzeczywista moc ma sens, ponieważ istnieje rzeczywiste zużycie, ale w odniesieniu do mocy biernej; co jest konsumowane / dostarczane? A jak zmienia się obwód, gdy to się stanie?

Aby odpowiedzieć na pytanie: Rzeczywista energia jest zużywana przez obwód. Moc bierna jest przesyłana między obwodem a źródłem.

Moc rzeczywista w W (P) to moc użyteczna. Coś, co możemy wydostać się z obwodu. Ciepło, światło, moc mechaniczna. Moc zużywana w rezystorach lub silnikach.

Moc pozorna w VA (S) jest tym, co źródło wprowadza do obwodu. Pełny wpływ obwodu na źródło.

Współczynnik mocy jest więc rodzajem wydajności pf = P / S dla obwodu. Im bliżej 1, tym lepiej.

Moc bierna w VAR (Volt Amps Reactive) (Q) to moc krążąca między źródłem a odbiornikiem. Moc zmagazynowana w kondensatorach lub cewkach indukcyjnych. Ale to jest potrzebne. Na przykład indukcyjna moc bierna w silnikach elektrycznych tworzy pola magnetyczne do obracania silnika. Bez niego silnik nie działałby, więc niebezpiecznie jest uważać go za zmarnowany, ale taki jest.

Kondensatory i induktory są reaktywne. Przechowują energię w swoich polach (elektrycznych i magnetycznych). Dla 1/4 przebiegu prądu przemiennego energia pobierana jest przez urządzenie reaktywne podczas formowania pola. Ale w następnej ćwierć fali pole elektryczne lub magnetyczne zapada się, a energia wraca do źródła. To samo dla ostatnich dwóch kwartałów, ale przeciwna biegunowość.

Aby zobaczyć animację, zobacz Serie obwodów prądu przemiennego . Pokazuje wszystkie obwody serii 6 (R, L, C, RL, RC i RLC). Włącz natychmiastową moc. Gdy p jest dodatnie, źródło zapewnia moc. Gdy p jest ujemne, moc jest wysyłana do źródła.

W przypadku R energia jest zużywana. W przypadku L lub C moc przepływa między źródłem a urządzeniem. W przypadku RL lub RC te dwie relacje są połączone. Rezystor zużywa i reaktywne urządzenie magazynuje / wysyła moc do źródła.

Prawdziwą korzyścią jest, gdy cewka indukcyjna i kondensator znajdują się w obwodzie. Wiodąca pojemnościowa moc bierna ma przeciwną biegunowość niż opóźniona indukcyjna moc bierna. Kondensator dostarcza energię do cewki indukcyjnej, zmniejszając moc bierną dostarczaną przez źródło. Podstawa korekcji współczynnika mocy.

Wybierz RLC w referencji. Zauważ, że napięcie źródła (hipotensja) jest utworzone z i . Jest mniejszy niż w przypadku iV R V L - V C V R V $V_S$$V_R$$V_L - V_C$$V_R$$V_L$

Jeśli kondensator dostarcza całą moc cewki indukcyjnej, obciążenie staje się rezystancyjne, a P = S i pf = 1. Trójkąt mocy znika. Wymagany prąd źródła jest mniejszy, co oznacza, że ​​okablowanie, ochrona obwodu może być mniejsza. Wewnątrz silnika istnieje nieskorygowany trójkąt mocy, z dodatkowym prądem pochodzącym z kondensatora.

Odnośnik pokazuje obwody szeregowe, ale każde C dostarczy energię do dowolnego L w obwodzie prądu przemiennego, zmniejszając moc pozorną, którą musi zapewnić źródło.

Weźmy przykład. P = silnik 1kW przy opóźnieniu 0,707 pf ze źródłem 120 V.

Przed korektą współczynnika mocy: i (linia przerywana) jak w I opóźnienie o 45 °. S 1 = 1,42 k V $Q_L = 1kVAR$$S_1 = 1.42kVA$$Θ_1 = 45° lagging$$V_S$$I_1 = 11.8A$

Zwiększ współczynnik mocy do opóźnień 0,95, dodając kondensator równolegle z obciążeniem.

Po korekcji czynnikowej: P i nadal istnieją. Kondensator dodaje . To zmniejsza źródło mocy biernej, które musi zapewnić, więc moc bierna netto wynosi . i A Oszczędność prądu o 25,8%. Wszystko w trójkącie mocy istnieje oprócz .$Q_L$$Q_C = 671VAR$$Q_T = 329VAR$$S_2 = 1.053kVA$$I_2 = 8.8A$$S_1$

Kondensator dostarcza 671 VAR wiodącej mocy biernej do opóźnionej mocy biernej silnika, zmniejszając moc bierną netto do 329 VAR. Kondensator działa jako źródło cewki indukcyjnej (cewki silnika).

Pole elektryczne kondensatora ładuje się. Podczas wyładowania pola elektrycznego powstaje pole magnetyczne cewek. Gdy pola magnetyczne zapadają się, kondensator ładuje się. Powtarzać. Energia przepływa między kondensatorem a cewką.

Idealne jest, gdy . Trójkąt mocy znika. i$Q_L = Q_C$$S_2 = P = 1kVA$$I_2 = 8.33A$

Jeśli zastosujesz zasilacz prądu przemiennego do obciążenia, które zawiera tylko pojemność lub indukcyjność, kąt fazowy prądu względem napięcia zostanie przesunięty o 90 stopni. Kiedy napięcie i prąd zostaną przesunięte o 90 stopni, do tego obciążenia nie zostanie dostarczona rzeczywista moc. To, co jest dostarczane do obciążenia, nazywa się mocą bierną.

Gdyby obciążenie było rezystorem, prąd i napięcie byłyby dokładnie w fazie (zgodnie z prawem omowym) i nie byłaby dostarczana moc bierna - dostarczana moc byłaby mocą rzeczywistą i ogrzewałaby rezystor.

Pomiędzy tymi dwoma granicami można dostarczyć zarówno moc bierną, jak i rzeczywistą. Cosinus kąta fazowego prądu względem napięcia nazywany jest współczynnikiem mocy - być może słyszałeś o tym; gdy faza jest zerowa (obciążenie rezystancyjne) cos (zero) wynosi 1. Gdy faza wynosi 90 (obciążenie impedancji reaktywnej) cos (90) wynosi zero.

Linia przekątna (czerwona) na powyższym rysunku to VA, tj. Woltampery przyłożone do obciążenia - w zasadzie jest to napięcie RMS x prąd RMS. VA nazywa się „mocą pozorną” i byłaby równa mocy rzeczywistej / rzeczywistej (zielona), gdyby obciążenie było całkowicie rezystancyjne.

Gdyby obciążenie było czysto bierne, „moc pozorna” = „moc bierna” (niebieski)

Należy zauważyć, że na powyższym schemacie kąt między mocą rzeczywistą a bierną wynosi zawsze 90 stopni. W oparciu o dalsze komentarze poniższy schemat powinien pomóc wyjaśnić kilka rzeczy na temat mocy biernej:

Istnieją cztery scenariusze: rezystancyjne, indukcyjne, pojemnościowe i mieszane. Czarna krzywa na wszystkich czterech to „moc”, tj. . Należy pamiętać, że dla induktora i kondensatora moc ma średnią wartość zero.$v\cdot i$

Moc bierna nie jest zużywana. Moc bierna jest konsekwencją reaktancji elektrycznej obwodu, co oznacza różnicę faz między źródłem a obciążeniem. Cała energia zostanie dostarczona do obciążenia czynnego, ale ponieważ obwód nie jest w 100% aktywny, moc bierna będzie potrzebna do „przemieszczenia” energii czynnej przez obwód bierny. Oznacza to, że będziesz potrzebować większych kabli, aby przenieść całą tę moc (aktywne + bierne).

Weź to humorystyczne wyjaśnienie. Aktywna moc jest jak gotówka, którą wydajesz na jedzenie, które jesz. Wszystko to idzie bezpośrednio do wykonania wymaganej funkcji, która zaspokoi głód. Moc bierna jest jak gotówka wydana na piec. Nie możesz go zjeść, ale potrzebujesz go do przygotowania jedzenia. Możesz nadal korzystać z pieca, nie jest zużyty, ale nadal nie możesz go zjeść.

W urządzeniach takich jak transformator lub silnik potrzebna jest moc bierna do ustawienia pola magnetycznego, które jest wykorzystywane do konwersji mocy z energii wtórnej na pierwotną lub konwersji energii z energii elektrycznej na energię mechaniczną. Nie można bezpośrednio z nim wykonać pracy, ale jest to konieczne do wykonania pracy. Możesz również myśleć o tym jak o paliwie i oleju w samochodzie. Olej nie napędza samochodu, ale bez niego silnik nie może działać. To luźna analogia.

Problem w układzie elektrycznym polega na tym, że moc bierna i moc czynna są wytwarzane przez generator z tego samego wkładu energii. (Podobnie jak w przypadku analogii pieca i żywności, cała gotówka wypływa z kieszeni.) Dlatego chcemy mieć tylko minimalną moc bierną, której nasz system absolutnie potrzebuje, a następnie całą pozostałą moc źródła wytwarzać jako moc czynną. Chociaż w niektórych przypadkach preferowana jest moc bierna