Что такое реактивная мощность и как её рассчитать?

Многие потребители электроэнергии не подозревают того, что часть учтённого электричества расходуется бесполезно. В зависимости от вида нагрузки уровень потерь электроэнергии может достигать от 12 до 50%. При этом счетчики электроэнергии засчитывают эти потери, относя их к полезной работе, за что приходится платить. Виной завышения оплаты за потребление электроэнергии, не выполняющей полезной работы, является реактивная мощность, присутствующая в сетях переменных токов.

Чтобы понять, за что мы переплачиваем и как компенсировать влияние реактивных мощностей на работу электрических установок, рассмотрим причину появления реактивной составляющей при передаче электроэнергии. Для этого придётся разобраться в физике процесса, связанного с переменным напряжением.

Что такое реактивная мощность?

Для начала рассмотрим понятие электрической мощности. В широком смысле слова, этот термин означает работу, выполненную за единицу времени. По отношению к электрической энергии, понятие мощности немного откорректируем: под электрической мощностью будем понимать физическую величину, реально характеризующую скорость генерации тока или количество переданной либо потреблённой электроэнергии в единицу времени.

Понятно, что работа электричества в единицу времени определяется электрической мощностью, измеряемой в ваттах. Мгновенную мощность на участке цепи находят по формуле: P = U×I, где U и I – мгновенные значения показателей параметров напряжения и силы тока на данном участке.

Строго говоря, приведённая выше формула справедлива только для постоянного тока. Однако, в цепях синусоидального тока формула работает лишь тогда, когда нагрузка потребителей чисто активная. При резистивной нагрузке вся электрическая энергия расходуется на выполнение полезной работы. Примерами активных нагрузок являются резистивные приборы, такие как кипятильник или лампа накаливания.

При наличии в электрической цепи ёмкостных или индуктивных нагрузок, появляются паразитные токи, не участвующие в выполнении полезной работы. Мощность этих токов называют реактивной.

На индуктивных и ёмкостных нагрузках часть электроэнергии рассеивается в виде тепла, а часть препятствует выполнению полезной работы.

К устройствам с индуктивными нагрузками относятся:

Ёмкостными сопротивлениями обладают конденсаторы.

Физика процесса

Когда мы имеем дело с цепями постоянного тока, то говорить о реактивной мощности не приходится. В таких цепях значения мгновенной и полной мощности совпадают. Исключением являются моменты включения и отключения ёмкостных и индуктивных нагрузок.

Похожая ситуация происходит при наличии чисто активных сопротивлений в синусоидальных цепях. Однако если в такую электрическую цепь включены устройства с индуктивными или ёмкостными сопротивлениями, происходит сдвиг фаз по току и напряжению (см. рис.1).

При этом на индуктивностях наблюдается отставание тока по фазе, а на ёмкостных элементах фаза тока сдвигается так, что ток опережает напряжение. В связи с нарушением гармоники тока, полная мощность разлагается на две составляющие. Ёмкостные и индуктивные составляющие называют реактивными, бесполезными. Вторая составляющая состоит из активных мощностей.

Рис. 1. Сдвиг фаз индуктивной нагрузкой

Угол сдвига фаз используется при вычислениях значений активных и реактивных ёмкостных либо индуктивных мощностей. Если угол φ = 0, что имеет место при резистивных нагрузках, то реактивная составляющая отсутствует.

Важно запомнить:

Треугольник мощностей и cos φ

Для наглядности изобразим полную мощность и её составляющие в виде векторов (см. рис. 2). Обозначим вектор полной мощности символом S, а векторам активной и реактивной составляющей присвоим символы P и Q, соответственно. Поскольку вектор S является суммой составляющих тока, то, по правилу сложения векторов, образуется треугольник мощностей.

Рис. 2. коэффициент мощности

Применяя теорему Пифагора, вычислим модуль вектора S:

Отсюда можно найти реактивную составляющую:

Реактивная составляющая

Выше мы уже упоминали, что реактивная мощность зависит от сдвига фаз, а значит и от угла этого сдвига. Эту зависимость удобно выражать через cos φ. По определению cos φ = P/S. Данную величину называют коэффициентом мощности и обозначают P_f. Таким образом, P_f = cos φ = P/S.

Коэффициент мощности, то есть cos φ, является очень важной характеристикой, позволяющей оценить эффективность работы тока. Данная величина находится в промежутке от 0 до 1.

Формулы

Поскольку реактивная мощность зависит от угла φ, то для её вычисления применяется формула: Q = UI×sin φ. Единицей измерения реактивной составляющей является вар или кратная ей величина – квар.

Активную составляющую находят по формуле: P = U*I×cosφ. Тогда

Зная коэффициент P_f (cos φ), мы можем рассчитать номинальную мощность потребителя тока по его номинальному напряжению, умноженному на значение силы потребляемого тока.

Способы компенсации

Мы уже выяснили, как влияют реактивные токи на работу устройств и оборудования с индуктивными или ёмкостными нагрузками. Для уменьшения потерь в электрических сетях с синусоидальным током их оборудуют дополнительными устройствами компенсации.

Принцип действия установок компенсации основан на свойствах индуктивностей и ёмкостей по сдвигу фаз в противоположные стороны. Например, если обмотка электромотора сдвигает фазу на угол φ, то этот сдвиг можно компенсировать конденсатором соответствующей ёмкости, который сдвигает фазу на величину – φ. Тогда результирующий сдвиг будет равняться нулю.

На практике компенсирующие устройства подключают параллельно нагрузкам. Чаще всего они состоят из блоков конденсаторов большой ёмкости, расположенных в отдельных шкафах. Одна из таких конденсаторных установок изображена на рисунке 3. На картинке видно группы конденсаторов, используемых для компенсации сдвигов напряжений в различных устройствах с индуктивными обмотками.

Рис. 3. Устройство компенсации

Компенсацию реактивной мощности ёмкостными нагрузками хорошо иллюстрируют графики на рисунке 4. Обратите внимание на то, как эффективность компенсации зависит от напряжения сети. Чем выше сетевое напряжение, тем сложнее компенсировать паразитные токи (график 3).

Рис. 4. Компенсация реактивной мощности с помощью конденсаторов

Устройства компенсации часто устанавливаются в производственных цехах, где работает много устройств на электроприводах. Потери электричества при этом довольно ощутимы, а качество тока сильно ухудшается. Конденсаторные установки успешно решают подобные проблемы.

Нужны ли устройства компенсации в быту?

На первый взгляд в домашней сети не должно быть больших реактивных токов. В стандартном наборе бытовых потребителей преобладают электрическая техника с резистивными нагрузками:

Коэффициенты мощности современной бытовой техники, такой как телевизор, компьютер и т.п. близки к 1. Ими можно пренебречь.

Но если речь идёт о холодильнике (P_f = 0,65), стиральной машине и микроволновой печи, то уже стоит задуматься об установке синхронных компенсаторов. Если вы часто пользуетесь электроинструментом, сварочным аппаратом или у вас дома работает электронасос, тогда установка устройства компенсации более чем желательна.

Экономический эффект от установки таких устройств ощутимо скажется на вашем семейном бюджете. Вы сможете экономить около 15% средств ежемесячно. Согласитесь, это не так уж мало, учитывая тарифы не электроэнергию.

Попутно вы решите следующие вопросы:

Для того чтобы ток и напряжение работали синфазно, устройства компенсации следует размещать как можно ближе к потребителям тока. Тогда реальная отдача индуктивных электроприёмников будет принимать максимальные значения.

Источник

Резистивная, реактивная и резистивно-реактивная нагрузка

Активная, реактивная и полная мощности

Мы знаем, что реактивные нагрузки (индуктивности и конденсаторы) не рассеивают мощность, но то, что на них падает напряжение и через них протекает ток, даёт обманчивое впечатление, что они всё-таки рассеивают мощность. Эта «фантомная мощность» называется реактивной мощностью, а её единицей измерения является вольт-ампер реактивный (вар), а не ватт.

Реактивная мощность в математических выражениях обозначается прописной буквой Q. Фактическое количество используемой или рассеиваемой в цепи мощности называется активной мощностью и измеряется в ваттах (обозначается, как обычно, прописной буквой P). Комбинация реактивной и активной мощностей называется полной мощностью и является произведением напряжения и тока цепи без учёта угла сдвига фаз. Полная мощность измеряется в вольт-амперах (ВА) и обозначается прописной буквой S.

Как правило, величина активной мощности определяется сопротивлением рассеивающих ее элементов цепи, обычно резисторов (R). Реактивная мощность определяется величиной реактивного сопротивления (X). Полная мощность определяется полным сопротивлением цепи (Z). Поскольку при определении мощности мы имеем дело со скалярными величинами, любые исходные комплексные величины (напряжение, ток и полное сопротивление) должны быть представлены в показательной форме, а не в виде действительных или мнимых составляющих. К примеру, при определении активной мощности по величинам тока и сопротивления необходимо использовать величину тока в полярной системе координат, а не действительную или мнимую часть. При определении полной мощности по напряжению и полному сопротивлению обе эти комплексные величины должны быть представлены в полярной системе координат для применения скалярной арифметики.

Имеется несколько выражений, связывающих три типа мощности со значениями активного, реактивного и полного сопротивления (во всех случаях используются скалярные величины).

P – активная мощность P = I 2 R P = E 2 /R

Единицей измерения является ватт

Q – реактивная мощность Q = I 2 X Q = E 2 /X

Единицей измерения является вольт-ампер реактивный (вар)

S – полная мощность S = I 2 Z S = E 2 /Z S = IE

Единицей измерения является вольт-ампер (ВА)

Обратите внимание, что для определения активной и реактивной мощности имеются два выражения. Для определения полной мощности есть три выражения, P = IE используется только для этой цели. Изучите схемы, приведённые ниже, и посмотрите, как определяются эти три типа мощности при резистивной нагрузке, при реактивной нагрузке и при резистивно-реактивной нагрузке (см. рисунки ниже).

Резистивная нагрузка

Активная мощность P = I 2 R = 240 Вт

Реактивная мощность Q = I 2 X = 0 вар

Полная мощность S = I 2 Z = 240 ВА

Активная мощность, реактивная мощность и полная мощность для чисто резистивной нагрузки

Реактивная нагрузка

Активная мощность P = I 2 R = 0 Вт

Реактивная мощность Q = I 2 X = 238,73 вар

Полная мощность S = I 2 Z = 238,73 ВА

Активная мощность, реактивная мощность и полная мощность для чисто реактивной нагрузки

Резистивно-реактивная нагрузка

Активная мощность P = I 2 R = 119,365 Вт

Реактивная мощность Q = I 2 X = 119,998 вар

Полная мощность S = I 2 Z = 169,256 ВА

Активная мощность, реактивная мощность и полная мощность для резистивно-реактивной нагрузки

Треугольник мощностей, связывающий полную мощность с активной и реактивной мощностями

Эти три типа мощностей можно связать друг с другом в тригонометрической форме. Мы называем это треугольником мощностей (см. рисунок ниже).

Используя законы тригонометрии, мы можем определить длину каждой стороны (величину мощности каждого типа), если даны длины двух других сторон или длина одной стороны и угол.

Источник

Что такое индуктивная и емкостная нагрузка

Термины «емкостная нагрузка» и «индуктивная нагрузка», применительно к цепям переменного тока, подразумевают определенный характер взаимодействия потребителя с источником переменного напряжения.

Грубо это можно проиллюстрировать следующим примером: подключив к розетке полностью разряженный конденсатор, в первый момент времени мы будем наблюдать практически короткое замыкание, тогда как подключив к той же самой розетке катушку индуктивности, в первый момент времени ток через такую нагрузку окажется почти нулевым.

Так происходит потому, что катушка и конденсатор взаимодействуют с переменным током принципиально по разному, в чем и заключается ключевое различие между индуктивной и емкостной нагрузками.

Емкостная нагрузка

Говоря о емкостной нагрузке, имеют ввиду, что она ведет себя в цепи переменного тока подобно конденсатору.

Это значит, что синусоидальный переменный ток будет периодически (с удвоенной частотой источника) перезаряжать емкость нагрузки, при этом в первую четверть периода энергия источника будет расходоваться на создание электрического поля между пластинами конденсатора. Во вторую четверть периода энергия электрического поля между пластинами конденсатора будет возвращаться к источнику.

В третью четверть периода емкость будет заряжаться от источника противоположной полярностью (по сравнению с тем что было в первую четверть периода). В четвертую четверть периода емкость снова вернет энергию электрического поля обратно в сеть. В течение следующего периода данный цикл повторится. Так ведет себя чисто емкостная нагрузка в цепи синусоидального переменного тока.

Практически получается, что при емкостной нагрузке ток опережает по фазе на четверть периода переменное напряжение, приложенное к данной нагрузке, потому что когда емкость заряжается, ток оказывается максимальным уже в первый момент, когда приложенное напряжение источника только начинает нарастать, энергия тока преобразуется в энергию увеличивающегося электрического поля накапливаемого в нагрузке заряда, как в конденсаторе.

Но с ростом приложенного напряжения, емкость уже имеет достаточно много накопленного заряда, поэтому с приближением напряжения источника к своему максимуму, скорость накопления заряда в емкостной нагрузке становится меньше, и потребляемый ток при этом уменьшается вплоть до нуля.

Примеры емкостных нагрузок: конденсаторные батареи, корректоры коэффициента мощности, синхронные двигатели, ЛЭП сверхвысокого напряжения.

Индуктивная нагрузка

Если теперь обратить внимание на индуктивную нагрузку, то она ведет себя в цепи переменного тока подобно катушке индуктивности.

Это значит, что синусоидальное переменное напряжение будет периодически (с удвоенной частотой источника) порождать ток через индуктивность нагрузки, при этом в первую четверть периода энергия источника будет расходоваться на создание магнитного поля тока через катушку.

Во вторую четверть периода энергия магнитного поля катушки будет возвращаться к источнику. В третью четверть периода катушка будет намагничиваться противоположной полярностью (по сравнению с тем что было в первую четверть периода), и в четвертую четверть периода индуктивность снова вернет энергию магнитного поля обратно в сеть.

В течение следующего периода данный цикл повторится. Так ведет себя чисто индуктивная нагрузка в цепи синусоидального переменного тока.

На деле получается, что при индуктивной нагрузке ток отстает по фазе на четверть периода от переменного напряжения, приложенного к данной нагрузке, потому что когда индуктивность начинает намагничивается, в первый момент времени ток через нее оказывается минимальным, хотя приложенное напряжение источника и находится уже в максимальной точке.

Энергия источника преобразуется здесь в энергию увеличивающегося магнитного поля тока, протекающего через индуктивность нагрузки. При уменьшении напряжения, ток через индуктивность уже имеет достаточно большую величину, поэтому с приближением напряжения источника к своему минимуму, скорость роста тока в индуктивной нагрузке замедляется, но сам ток в индуктивности при этом максимален.

Примеры индуктивных нагрузок: асинхронные двигатели, электромагниты, дроссели, реакторы, трансформаторы, выпрямители, тиристорные преобразователи.

Источник

Резистивная нагрузка что это такое простыми словами

Какие типы электрических потребителей бывают? Активная и реактивная нагрузка, активно-индуктивная и активно-емкостная, в чем различия?

В повседневной жизни и общениях с клиентами интернет-магазина Электрокапризам-НЕТ! мы выясняем множество технических вопросов и максимально точно подбираем оборудование под инженерные задачи. Имея большой опыт работ и выбора технических решений специалистами компании НТС-ГРУПП (ТМ Электрокапризам-НЕТ!) была собрана масса полезной информации, которую мы попытались структурировать и в сжатом виде донести нашим клиентам путем публикации на сайте. Ниже приведена своеобразная классификация типа нагрузок с небольшими комментариями, а в следующей статье будут описаны особенности выбора мощности, запаса мощности и варианты использования источников бесперебойного питания, стабилизаторов напряжения и электрогенераторов в сетях с несбалансированным распределением потребителей, с различными видами активной и реактивной нагрузкок и др.

Применительно к выбору оборудования классифицируем типы нагрузок следующим образом

1. По типу электрического потребления нагрузки делятся на:

РЕАКТИВНУЮ, которая также разделяется на такие:

— Ёмкостная (реактивная) нагрузка преобразует в течение одной половины полупериода энергию электрического тока в электрическое поле, а течении следующей половины преобразует энергию электрического поля в электрический ток. При этом в ёмкостной нагрузке кривая тока опережает кривую напряжения на ту же половину полупериода. Примером данного вида нагрузок может быть конденсатор.

На практике чистые реактивные нагрузки в электротехнике не встречаются. Вся электротехника работает с коэфициентом полезного действия ниже 100% вследствие рассеяния части энергии в виде тепловых потерь, потерь при излучении и др. побочных явлений. Таким образом в практической электротехнике применяется понятие активно-реактивной нагрузки. Активно-реактивная нагрузка также подразделяется на две: активно-индуктивная и активно-емкостная.

Активно-индуктивная нагрузка может рассматриваться как последовательное или параллельное соединение активного сопротивления и идеальной индуктивности. Примером таких нагрузок может быть обмоточный электромагнитный трансформатор, электродвигатель, электромагнитное пускорегулирующее устройство для люминесцентных ламп, катушка зажигания в автомобиле. Для этого вида нагрузок характерен бросок напряжения в момент размыкания электрической цепи.

Активно-ёмкостная нагрузка может рассматриваться как последовательное или параллельное соединение активного сопротивления и идеальной ёмкости. Примером таких нагрузок может быть конденсатор, электронные блоки питания галогенных или люминесцентных ламп. Для этих нагрузок характерен бросок тока в момент замыкания электрической цепи, особенно если он произошёл в тот момент, когда напряжение в сети максимально, или близко к максимальному.

При протекании тока через активно-реактивную нагрузку часть тока будет протекать через прибор, не производя никакой полезной работы. При этом максимумы и минимумы тока и напряжения будут достигаться в разное время, а кривые изменения по времени тока и напряжения будут не совпадать – оставаясь, при этом, периодическими функциями. Происходит сдвиг тока и напряжения по фазе. Для обозначения зависимости такого сдвига применяется понятие Косинус угла между током и напряжением, и обозначается как cos( ϕ ). Этот параметр является очень важным в электротехнике, которым не стоит пренебрегать при расчетах и выборе стабилизаторов напряжения, источников бесперебойного питания и электрогенераторов.

2. Фазность электропотребителей:

— однофазные –потребители рассчитанные на электропитание от 220/230В по схеме фаза-ноль-земля.

— трехфазные – потребители для которых необходимо подать напряжение 380В/400В в схеме с нейтралью и землей.

3. По способу распределения нагрузки (для трехфазных схем)

— Сбалансированные – сбалансированными считают такое распределение постребителей, когда на каждой фазе в трехфазной схеме мощности нагрузок распределены равномерно (с перекосом не более +/-20%). В качестве примера можно привести коттедж с трехфазным вводом электроснабжения, в котором при проектировании и монтаже электрических потребителей 15 кВт мощности равномерно распределили по 5 кВт на каждую фазу. Еще одним примером можно выделить промышленный цех, в котором преобладают трехфазные потребители и таким образом все три фазы будут нагружены равномерно.

— Несбалансированные – характеризуются как хаотично-нагруженные фазы, где нагруженность фаз может отличаться на 100% между собой. Примером может служить частный трехэтажный дом в котором на каждый этаж отводится одна фаза. Как показывает практика первый этаж дома (т.е. одна из фаз) обычно перегружена в силу того, что на первом этаже размещаются: кухня, бойлерная и комната отдыха, а на остальных этажах спальни с бытовой техникой. В итоге одна фаза может быть нагружена на 100%, а другие используются редко или не сильно нагружены.

Источник

Что такое индуктивная и ёмкостная нагрузка

Если бы вся нагрузка была резистивной (нагреватели, лампы накаливания и прочее), то весь ток, протекающий в электросети, совершал какую-то полезную работу. На практике это не так —многие потребители электрической энергии имеют индуктивный, а реже и ёмкостный характер. Это приводит к повышению нагрузки на сеть из-за реактивной мощности. О том что это такое и откуда берётся и пойдет речь в статье.

Активная и реактивная мощность

Если вся электрическая энергия, которую потребляет какой-либо прибор, преобразуется в другие виды энергии и совершает какую-либо работу, то мощность, потребляемая этим прибором, называется активной. Такой характер потребления у простых приборов, таких как резисторы, ТЭНы и нагревательные спирали, лампы накаливания. Обобщенно они называются активной нагрузкой, а энергия, которая к ним поступает рассеивается в виде тепла, света (и не только). Именно её учитывают потребительские электросчетчики в домах и квартирах, и именно за неё мы платим.

Если же в процессе работы через нагрузку протекает ток и на ней падает какое-то напряжение, но при этом она не рассеивает мощность, не преобразовывает электрическую энергию в другие её виды и не совершает никакой работы, то эта «не израсходованная» мощность называется реактивной. Примером чистой реактивной нагрузки могут служить катушки индуктивности и конденсаторы. Так реактивная нагрузка делится на два типа — индуктивная и ёмкостная. Потребление такой мощности приводит только к потерям на нагрев проводов от источника к потребителю и не передается в нагрузку.

Если же нагрузка рассеивает или преобразовывает лишь часть электрической энергии, а часть возвращает в сеть, то её называют смешанной. Большая часть реальных потребителей имеют смешанный характер — активно-индуктивный или активно-ёмкостный.

Полной мощностью называется сумма активной и реактивной мощностей.

ВАЖНО! Индуктивная и ёмкостная нагрузка приводит к возникновению реактивной энергии только в цепях переменного тока. Всё сказанное в этой статье справедливой для цепей переменного синусоидального тока, то есть для всех электросетей.

В цепях постоянного тока понятие реактивной мощности отсутствует, а мгновенные и средние значения мощности за определённый период времени всегда совпадают. В цепи переменного тока такое бывает только с лампами накаливания, нагревателями и другими чисто активными потребителями.

Индуктивная и ёмкостная нагрузка

Основная часть потребителей электрической энергии — это активно-индуктивная нагрузка, к ней относятся электродвигатели, реле и контакторы, различные соленоиды.

Индуктивная нагрузка — это такая нагрузка ток, в которой отстаёт от напряжения на четверть периода. В индуктивности энергия источника преобразуется в энергию магнитного поля. Рассмотрим подробнее процесс протекания тока в индуктивности.

На графике изображён один период, разделенный на четыре части, конец каждой четверти пронумерован цифрами от 1 до 4. На нём четко видно, что напряжение опережает ток на четверть периода или на 90 градусов. Разберем каждую из четвертей периода:

В течение следующего периода цикл повторится. Так ведет себя чисто индуктивная нагрузка в цепи синусоидального переменного тока. То же самое можно проиллюстрировать с помощью векторной диаграммы

В реальности напряжение не будет опережать ток на 90 градусов. Так происходит только в идеальной индуктивности, у реальной катушки будет активное сопротивление, часть электрической энергии преобразуется и выделится на обмотке в виде тепла.

Ёмкостная нагрузка — это такая нагрузка ток, в которой опережает напряжение на четверть периода. Примеры ёмкостной нагрузки: длинные кабельные линии, ЛЭП высокого напряжения, конденсаторные батареи (компенсаторы реактивной мощности), синхронные двигатели.

Последние хоть и, как и все двигатели, представляют собой катушки индуктивности, но из-за особенностей процессов протекающих в них в режиме с повышенным током возбуждения ведут себя как ёмкостная нагрузка. Мы затрагивали этот вопрос в публикации ранее, что вызвало бурные обсуждения в комментариях.

Рассмотрим график напряжения и тока в цепи с ёмкостью.

Он, как и в предыдущем примере период разделен на 4 четверти:

Отобразим это в векторной диаграмме:

Как вы можете видеть, на векторной диаграмме вектор напряжения направлен «вниз», тогда как диаграмме с индуктивной нагрузкой его рисовали «вверх», так графически обозначается куда сдвинута одна величина относительно другой.

Как отмечалось выше, у реальных приборов редко бывает только индуктивный или ёмкостный характер, обычно они активно-индуктивные или активно-емкостные. У любого компонента электрической цепи будут и ёмкостные, и индуктивные составляющие в каком-либо соотношении, но это тема для отдельной статьи, если вам интересно — пишите об этом в комментариях и мы обязательно напишем её. Поэтому у того же двигателя, например, ток от напряжения будет отставать не на 90 градусов, а меньше, к тому же соотношение активной и реактивной мощности у них изменяется в зависимости от нагрузки.

Как используется на практике

Если бы вся нагрузка была активной, то у потребителя коэффициент мощности был равен единице. В реальности наличие реактивных составляющих снижает коэффициент мощности.

Коэффициент мощности — это отношение активной энергии к полной. Чем он ближе к единице, тем больше активной и меньше реактивной мощности потребляется.

Зачастую самые многочисленные потребители электрической энергии — это электродвигатели, поэтому у реактивной мощности индуктивный характер. Производства оплачивают не только потребляемую активную мощность, но и реактивную, чтобы снизить расходы на оплату электроэнергии и нагрузку на сеть нужно компенсировать реактивную мощность, другими словами, повысить коэффициент мощности.

Как мы уже знаем, индуктивная нагрузка приводит к тому, что ток отстает от напряжения, а у ёмкостной нагрузки, наоборот, ток опережает напряжение. Это явление используют для компенсации реактивной мощности, а такие устройства называют компенсаторами реактивной мощности (УКРМ), в простейшем виде представляют собой нерегулируемые конденсаторные батареи, которые подключаются к питающему предприятие трансформатору или шинам РУ.

Для компенсации реактивной мощности конкретного двигателя просто подключают конденсаторы и устанавливают их рядом с этим двигателем.

Всё то же самое только проще и короче

Проведем некую аналогию, для большего понимания того, что такое индуктивная и ёмкостная нагрузка.

Представьте пружину, вы нажимаете на неё пальцем, та сопротивляется сжатию, но когда палец начнете плавно поднимать вверх, то пружина толкает его, помогая движению. А если резко отпустите пружину — то она расправится и подпрыгнет.

Это аналогия для катушки индуктивности, она сначала сопротивляется электрическому току, а когда тот уменьшается стремиться поддерживать его протекание в том же направлении. При резком размыкании цепи напряжение на выводах катушки будет повышаться до тех пор, пока энергия, накопленная в катушке, не рассеется на чем-либо, например, пробивает воздушный промежуток между контактами и возникает дуга при отключении цепи.

В цепи переменного и постоянного тока катушки ведут себя похоже. Но так как переменный ток циклично изменяется по величине и полярности, то катушки препятствуют его изменению, возникает сдвиг фазы и реактивное сопротивление (подробно о реактивном сопротивлении вы можете почитать вот здесь).

В цепи постоянного тока индуктивность препятствуя изменению тока сглаживает его пульсации. Например, при подаче напряжение она замедляет его возрастание.

Теперь возьмем пустую ёмкость, в которую можно набрать воду, отверстие через которое поступает вода будет перекрываться поплавковым клапаном (как на бочке унитаза). Сначала набор воды будет максимальным, и по мере наполнения ёмкости, уровень воды будет подниматься, поднимая и поплавок. Поплавок будет плавно перекрывать отверстие, откуда поступает вода и напор воды будет уменьшаться пока отверстие полностью не перекроет.

После того как ёмкость наполнена, мы можем перекрыть провод, а вода из неё никуда не уйдет. При этом мы можем использовать её в каких-либо целях.

Это аналогия для конденсатора (ёмкости), при подключении к источнику постоянного тока он быстро заряжается, и в первый момент времени, если ток ничем не ограничен, то его сила будет очень большой. Разряженный конденсатор представляет собой эквивалент короткозамкнутого участка цепи. По мере заряда ток будет снижаться, на обкладках конденсатора накопятся заряды, которые будут удерживаться энергией электрического поля. После отключения от источника заряд с обкладок никуда не денется, и если конденсатор стоял параллельно какой-то нагрузке, то после отключения питания он её продолжит питать какое-то время (которое зависит от сопротивления нагрузки и ёмкости конденсатора).

Однако если конденсатор стоит последовательно с какой-то нагрузкой или вообще единственный элемент в цепи постоянного тока, то, когда он зарядится полностью – в цепи перестанет протекать ток. В цепи переменного тока конденсатор представляет пропускает ток так, как циклично перезаряжается из одной полярности в другую, при этом из-за описанных выше явлений происходит сдвиг фазы тока на 90 градусов в сторону опережения напряжения, а также препятствует протеканию тока из-за своего реактивного сопротивления.

Источник