Jak určit účiník?

Účiník je parametr charakterizující zkreslení formy střídavého proudu odebíraného ze sítě. Mimořádně důležitý ukazatel pro každého spotřebitele elektřiny. Závisí na tom ztráty v aktivním odporu síťových vodičů.

Pokud připojíme aktivní odpor k střídavé síti, tvar napětí na něm a tvar proudu se budou shodovat. Všechny výpočty v takovém obvodu jsou určeny efektivními hodnotami proudu a napětí. AC ampérmetry a voltmetry budou také měřit efektivní veličiny. Matematicky jsou definovány jako střední kvadratická hodnota proudu nebo napětí za určité období a jsou ekvivalentní stejnosměrnému proudu nebo napětí, pokud jde o množství generovaného tepla. Je to jednoduché.
Ale pojďme připojit jalový prvek ke střídavému obvodu, jako je kondenzátor. Tvar proudu a napětí na zátěži se již nebude shodovat. (modeloval jsem ve SwCADu).

km3.PNG (8.09 KB) 23588 zobrazení

Kondenzátor akumuluje energii a uvolňuje ji zpět do sítě. Diagram ukazuje, že průměrné hodnoty proudu a napětí na kondenzátoru jsou 0. Na kondenzátoru nezbývá žádná energie. Vrátil jsem vše, co jsem dostal. Objevila se jalová síla. Nedělá žádnou užitečnou práci. Akumuluje se na reaktivních prvcích a vrací se do napájecí sítě. Vrací se podél napájecích vodičů a způsobuje uvolnění ztrátového výkonu při jejich aktivním odporu. Proto je nutné usilovat o zvýšení účiníku. V ideálním případě se pro aktivní zatížení rovná 1.

Pro sinusové průběhy proudu a napětí je hodnota cos ϕ rovna účiníku. Tito. cos ϕ je synonymem pro účiník pro obvody se sinusovým zatěžovacím proudem.

Jakmile průběh zatěžovacího proudu již není sinusový, vše se změní. Většina moderních spotřebitelů elektřiny na střídavý proud má zátěž usměrňovač-kondenzátor a deformuje tvar proudu. Zde je ekvivalentní diagram takových zatížení.

km1.JPG (9.92 kB) 23588 zobrazení

Síťové napětí je usměrněno a následně vyhlazeno přes kondenzátor. Samotná zátěž je svou povahou aktivní-kapacitní, ale usměrňovací diody mají nelineární charakteristiku. V důsledku toho je proud spotřebováván pouze uprostřed periody a má značně zkreslený tvar.

km4.JPG (9.28 kB) 23588 zobrazení

Takoví spotřebitelé elektřiny mají účiník asi 0,7.
Zde je tabulka přibližných hodnot účiníku pro různé spotřebitele elektřiny.

Běžný vyhledávací termín je „stejnosměrný účiník“. Takže ve stejnosměrných obvodech koncept účiníku neexistuje. Žádný jalový výkon, žádný účiník.

Jak měřit účiník.
Pro měření v obvodech se sinusovým proudem, tzn. Pro měření cos ϕ existují speciální přístroje – fázové měřiče.

km5.jpg (8.1 kB) 23588 zobrazení

Přečtěte si více

Jak ošetřit listy řepy proti mšicím?

Pro měření proudového koeficientu v obvodech se zkreslením průběhu zátěžového proudu se používá následující technika.
Musíme sestavit jednoduchý obvod.

Dále musíte vypočítat celkový výkon jako součin hodnot ampérmetru a voltmetru
S = I * U .
Zbývá vydělit činný výkon (odečty wattmetru) vypočteným celkovým výkonem
A = P/S.
V důsledku toho získáme hodnotu účiníku.

Každý má střídavý voltmetr a ampérmetr. Ale wattmetr aktivního výkonu není tak snadné najít. Lze jej nahradit elektroměrem. Moderní elektroměry mají třídu přesnosti 1, tzn. Měření nebudou v přesnosti horší než s wattmetrem.

Pro výpočet činného výkonu je potřeba změřit čas, např. 10 kalibračních impulsů (blikající LED na předním panelu elektroměru). Dále vypočítejte dobu periody pro jeden pulz, tzn. vydělte 10. Když znáte koeficient přenosu elektroměru (obvykle 3200 pulzů na 1 kWh), můžete vypočítat činný výkon při zátěži.

Sinusové napětí (červená čára) a proud (zelená čára) jsou ve fázi – není mezi nimi fázový posun (, ) – zátěž je zcela aktivní, není zde žádná reaktivní složka. Okamžitý výkon (modrá čára) a činný výkon (modrá čára) se počítají s účiníkem rovným 1. Jak je vidět, modrá čára (graf okamžitého výkonu) je zcela nad osou x (v kladné polorovině ), veškerá dodaná energie se přemění na práci: přejde na činný výkon spotřebovaný zátěží.

Sinusové napětí (červená čára) a proud (zelená čára) mají fázový posun () – zátěž je zcela reaktivní, není zde žádná aktivní součást. Okamžitý výkon (modrá čára) a činný výkon (modrá čára) se počítají s účiníkem 0. Umístění modré čáry (graf okamžitého výkonu) na ose x ukazuje, že během první čtvrtiny cyklu byly všechny vstupní výkon je dočasně uložen v zátěži a během druhé čtvrtiny cyklu se vrací do sítě atd., to znamená, že se nespotřebovává žádný činný výkon, na zátěži se nevykonává žádná užitečná práce.

Sinusové napětí (červená čára) a proud (zelená čára) mají fázový posun () – zátěž má aktivní i reaktivní složku. Okamžitý výkon (modrá čára) a činný výkon (modrá čára) se vypočítávají ze střídavého napětí a proudu s účiníkem 0,71. Umístění modré čáry (graf okamžitého výkonu) pod osou x ukazuje, že část vstupního výkonu se vrátí do sítě během části cyklu označeného φ.

Účiník je bezrozměrná fyzikální veličina, která charakterizuje spotřebič střídavého elektrického proudu z pohledu přítomnosti jalové složky v zátěži. Účiník ukazuje, jak moc je střídavý proud protékající zátěží mimo fázi vzhledem k napětí, které je na něj aplikováno.

Číselně je účiník roven kosinusu tohoto fázového posunu.

Lze ukázat, že pokud je zdroj sinusového proudu (například zásuvka ~220 V, 50 Hz) zatížen zátěží, ve které je proud ve fázi před nebo pozadu o určitý úhel od napětí, pak se zvýší výkon se uvolňuje při vnitřním aktivním odporu zdroje. V praxi to znamená, že při provozu zátěže s posunutým napětím a proudem je z elektrárny potřeba více energie; přebytečná přenesená energie se uvolňuje jako teplo v drátech a může být poměrně významná.

Přečtěte si více

Jak vyrobit jahodový džem pro zachování barvy?

Rovná se poměru činného výkonu spotřebovaného elektrickým přijímačem k celkovému výkonu. Aktivní síla se vynakládá na práci. Zdánlivý výkon je geometrický součet činných a jalových výkonů (v případě sinusového proudu a napětí). Obecně lze celkový výkon definovat jako součin efektivních (efektivních) hodnot proudu a napětí v obvodu. Celkový výkon se rovná druhé odmocnině součtu druhých mocnin činných a neaktivních. Je obvyklé používat voltampér (VA) místo wattu (W) jako jednotku měření zdánlivého výkonu.

Podle Cauchy-Bunyakovského nerovnosti činný výkon, rovný průměrné hodnotě součinu proudu a napětí, vždy nepřekračuje součin odpovídajících středních hodnot. Účiník tedy nabývá hodnot od nuly do jedné (tedy od 0 do 100 %).

Účiník lze matematicky interpretovat jako kosinus úhlu mezi vektory proudu a napětí. Proto se v případě sinusového napětí a proudu hodnota účiníku shoduje s kosinusem úhlu, o který se příslušné fáze zpožďují.

V elektroenergetice se pro účiník označuje cos φ (kde φ je fázový posun mezi proudem a napětím) nebo λ. Pokud se k označení účiníku používá λ, je jeho hodnota obvykle vyjádřena v procentech.

Pokud je v zátěži jalová složka, kromě hodnoty účiníku se někdy uvádí i charakter zátěže: aktivní-kapacitní nebo aktivní-indukční. V tomto případě se účiník nazývá vedoucí nebo zpožděný.

V případě sinusového napětí, pokud zátěž nemá jalovou složku, je účiník roven podílu výkonu první harmonické proudu na celkovém výkonu spotřebovaném zátěží a je roven činiteli zkreslení proudu. .

Matematické výpočty

Účiník je třeba vzít v úvahu při návrhu elektrických sítí. Nízký účiník vede ke zvýšení podílu ztrát elektřiny v elektrické síti na celkových ztrátách. Pro zvýšení účiníku se používají kompenzační zařízení. Špatně vypočítaný účiník může vést k nadměrné spotřebě energie a snížení účinnosti elektrických zařízení napájených z dané sítě.

Pro výpočty v případě harmonických proměnných U (napětí) a I (proud) se používají následující matematické vzorce:

Zde – činný výkon, – plný výkon, — jalový výkon.

Typické hodnocení kvality napájení

Účiník nám umožňuje posoudit nelineární zkreslení vnesená zátěží do elektrické sítě. Čím je menší, tím více se zavádí nelineární zkreslení. Navíc při stejném činném výkonu zátěže je výkon zbytečně rozptýlený na vodičích nepřímo úměrný druhé mocnině účiníku. Čím nižší je tedy účiník, tím nižší je kvalita spotřeby elektrické energie. Pro zlepšení kvality spotřeby energie se používají různé metody pro korekci účiníku, to znamená jeho zvýšení na hodnotu blízkou jednotce.

Hodnota účiníku	vysoký	Dobře	Uspokojivý	chudý	nevyhovující
cos phi	0,95 . 1	0,8 . 0,95	0,65 . 0,8	0,5 . 0,65	0 . 0,5
λ	95…100 %	80…95 %	65…80 %	50…65 %	0…50 %

Například většina kompaktních zářivek („úsporných“) zářivek s elektronickými předřadníky se vyznačuje vysokou hodnotou.

Nelineární zkreslení proudu

Spotřebiče elektřiny s nelineární charakteristikou proud-napětí (s účiníkem menším než jedna) vytvářejí proud, který se neúměrně mění k okamžitému napětí v síti (tvar proudu je zpravidla jiný než sinusový). V důsledku toho je napěťový průběh v dané části elektrické sítě zkreslen, což vede ke zhoršení kvality elektřiny. Podle charakteru zátěže lze rozlišit následující hlavní typy nelineárních proudových zkreslení: fázový posun způsobený jalovou složkou v zátěži a nesinusový tvar proudu. K nesinusovému zkreslení dochází zejména tehdy, když je zátěž asymetrická v různých půlvlnách síťového napětí.

Přečtěte si více

Mohu používat česnek při kojení?

Nesinusovost

Nesinusovitost je druh nelineárního zkreslení napětí v elektrické síti, které je spojeno s výskytem harmonických v napětí s frekvencemi mnohonásobně vyššími, než je hlavní frekvence sítě. Vyšší harmonické napětí mají negativní dopad na provoz napájecího systému, což způsobuje dodatečné aktivní ztráty v transformátorech, elektrických strojích a sítích; zvýšená nehodovost v kabelových sítích; snížení účiníku v důsledku zkreslení výkonu způsobeného tokem vyšších harmonických proudů; stejně jako omezené použití kondenzátorových bank pro kompenzaci jalového výkonu.

Zdroje vyšších harmonických proudu a napětí jsou elektrické přijímače s nelineární zátěží. Například výkonné AC usměrňovače používané v hutním průmyslu a železniční dopravě, výbojky atd.

reference

Jak zlepšit účiník bez použití kompenzačních zařízení
Sudnova V.V., Vliv kvality elektrické energie na provoz elektrických přijímačů
Nesinusové napětí
Vliv vyšších harmonických napětí a proudu na provoz elektrických zařízení
[GOST 13109-97]
Optimalizace provozu elektrických přijímačů je efektivní způsob, jak korigovat účiník