พลังงานปฏิกิริยาคืออะไร? การชดเชยพลังงานปฏิกิริยา การคำนวณกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟ

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

ในอพาร์ตเมนต์และบ้านส่วนตัวมีการติดตั้งมิเตอร์ไฟฟ้าหนึ่งตัวตามการคำนวณค่าพลังงานที่ใช้ไป ง่าย ๆ เชื่อกันว่ามีการใช้ส่วนประกอบที่ใช้งานในชีวิตประจำวันเท่านั้นแม้ว่าจะไม่เป็นความจริงทั้งหมด ที่อยู่อาศัยสมัยใหม่อิ่มตัวด้วยอุปกรณ์ในวงจรซึ่งมีองค์ประกอบที่เปลี่ยนเฟส อย่างไรก็ตาม พลังงานปฏิกิริยาที่ใช้โดยเครื่องใช้ในครัวเรือนนั้นน้อยกว่าพลังงานของผู้ประกอบการอุตสาหกรรมอย่างหาที่เปรียบไม่ได้ ดังนั้นจึงมักถูกละเลยเมื่อคำนวณการชำระเงิน

โรงงานหรือโรงงานที่ผู้บริหารไม่ตรวจสอบการใช้กระแสปรสิตที่ไหลผ่านวงจรโหลดทำให้เกิดอันตรายอย่างใหญ่หลวงต่อระบบพลังงานของภูมิภาคและประเทศโดยรวม อากาศในบรรยากาศรอบ ๆ สายส่งไฟฟ้าร้อนขึ้นอย่างไร้ประโยชน์ ขดลวดของหม้อแปลงไฟฟ้าที่ติดตั้งในสถานีย่อยอาจไม่รับน้ำหนักโดยเฉพาะในช่วงที่มีการใช้งานสูงสุด

โหลดอุปนัยและตัวเก็บประจุ

หากคุณใช้อุปกรณ์ทำความร้อนธรรมดาหรือหลอดไฟไฟฟ้า แสดงว่ากำลังไฟฟ้าอยู่ในคำจารึกที่เกี่ยวข้องบนขวดหรือป้ายชื่อจะสอดคล้องกับผลคูณของค่าของกระแสที่ไหลผ่านอุปกรณ์นี้และแรงดันไฟหลัก (เรามี 220 โวลต์) สถานการณ์จะเปลี่ยนไปหากอุปกรณ์ประกอบด้วยหม้อแปลง ส่วนประกอบอื่นๆ ที่มีตัวเหนี่ยวนำ หรือตัวเก็บประจุ ชิ้นส่วนเหล่านี้มีคุณสมบัติพิเศษ กราฟของกระแสที่ไหลในนั้นล่าช้าหรือนำไปสู่ไซนัสอยด์ของแรงดันไฟฟ้า - กล่าวอีกนัยหนึ่งคือการเปลี่ยนเฟสเกิดขึ้น โหลด capacitive ที่เหมาะสมจะเปลี่ยนเวกเตอร์ -90 และโหลดอุปนัย +90 องศา กำลังไฟฟ้าในกรณีนี้เป็นผลมาจากไม่เพียงแต่ผลคูณของกระแสและแรงดันไฟเท่านั้น แต่ยังเพิ่มปัจจัยการแก้ไขบางอย่างอีกด้วย สิ่งนี้นำไปสู่ที่ไหน

ภาพสะท้อนทางเรขาคณิตของกระบวนการ

จากหลักสูตรเรขาคณิตของโรงเรียน ทุกคนรู้ว่าด้านตรงข้ามมุมฉากยาวกว่าขาใดๆ ในรูปสามเหลี่ยมมุมฉาก หากพลังงานแอคทีฟ รีแอกทีฟ และปรากฏอยู่ด้านข้าง กระแสที่ใช้โดยขดลวดและความจุจะอยู่ที่มุมฉากกับส่วนประกอบต้านทาน แต่มีทิศทางไปในทิศทางตรงกันข้าม เมื่อบวก (หรือถ้าคุณชอบ การลบ พวกมันมีเครื่องหมายต่างกัน) เวกเตอร์รวม นั่นคือ กำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟทั้งหมด ซึ่งขึ้นอยู่กับประเภทของโหลดในวงจร จะถูกส่งขึ้นหรือลง โดยทิศทางของมัน เราสามารถตัดสินได้ว่าธรรมชาติของภาระใดมีชัย

กำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟที่มีการเติมเวกเตอร์ให้กับส่วนประกอบที่ทำงานอยู่จะให้ปริมาณพลังงานทั้งหมดที่ใช้ไป มันแสดงเป็นกราฟิกเป็นด้านตรงข้ามมุมฉากของสามเหลี่ยมกำลัง ยิ่งเส้นนี้วางอย่างนุ่มนวลสัมพันธ์กับแกน x ยิ่งดี

โคไซน์พี

กราฟแสดงให้เห็นว่ามุม φ เกิดจากเวกเตอร์สองตัว เต็มกำลังและกำลังเชิงแอ็คทีฟ ยิ่งค่าของพวกเขาแตกต่างกันน้อยเท่าไรก็ยิ่งดี แต่การรวมกันอย่างสมบูรณ์ของพวกเขาถูกป้องกันโดยพลังงานปฏิกิริยาซึ่งถือเป็นกาฝาก ยิ่งมุมมีขนาดใหญ่ขึ้นเท่าใดโหลดบนสายไฟก็ยิ่งสูงขึ้น หม้อแปลงแบบ step-up และ step-down ของระบบจ่ายไฟ และในทางกลับกัน ยิ่งเวกเตอร์ใกล้กันมากเท่าใด สายไฟก็จะยิ่งร้อนน้อยลงตลอด วงจร โดยธรรมชาติแล้ว จะต้องมีการดำเนินการบางอย่างเกี่ยวกับปัญหานี้ และพบวิธีแก้ปัญหา เรียบง่ายและสง่างาม การชดเชยพลังงานรีแอกทีฟร่วมกันช่วยให้คุณลดมุม φ และนำโคไซน์ (ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าตัวประกอบกำลัง) เข้าใกล้ความเป็นหนึ่งเดียวกันมากที่สุด เมื่อต้องการทำสิ่งนี้ ให้ยืดเวกเตอร์ขององค์ประกอบ capacitive ให้ยาวขึ้นเพื่อให้เกิดเสียงสะท้อนของกระแส ซึ่งพวกมัน "ดับ" กัน (สมบูรณ์ในอุดมคติ แต่ในทางปฏิบัติ - ในระดับสูงสุด)

ทฤษฎีกับการปฏิบัติ

การคำนวณทางทฤษฎีทั้งหมดมีค่ามากกว่า นำไปใช้ได้จริงมากขึ้น ภาพในองค์กรอุตสาหกรรมที่พัฒนาแล้วมีดังนี้: ไฟฟ้าส่วนใหญ่ถูกใช้โดยมอเตอร์ (ซิงโครนัส, อะซิงโครนัส, เฟสเดียว, สามเฟส) และเครื่องจักรอื่น ๆ แต่ก็มีหม้อแปลง ข้อสรุปนั้นง่าย: ในสภาพการผลิตจริง พลังงานปฏิกิริยาของธรรมชาติอุปนัยมีอิทธิพลเหนือกว่า เป็นที่น่าสังเกตว่า สถานประกอบการพวกเขาไม่ได้ติดตั้งมิเตอร์ไฟฟ้าอย่างใดอย่างหนึ่งเหมือนในบ้านและอพาร์ตเมนต์ แต่มีสองตัวซึ่งหนึ่งในนั้นทำงานอยู่และอีกอันหนึ่งก็เดาได้ง่ายว่าอันไหน และสำหรับการใช้พลังงานที่มากเกินไป "ไล่" อย่างไร้ประโยชน์ผ่านสายไฟ หน่วยงานที่เกี่ยวข้องจะถูกปรับอย่างไร้ความปราณี ดังนั้นฝ่ายบริหารจึงสนใจอย่างมากในการคำนวณพลังงานปฏิกิริยาและดำเนินมาตรการเพื่อลดพลังงาน เป็นที่ชัดเจนว่าไม่มีใครทำไม่ได้หากไม่มีความจุไฟฟ้าเมื่อแก้ปัญหานี้

ชดเชยทฤษฎี

จากกราฟด้านบน จะเห็นได้ชัดเจนว่าจะทำอย่างไรให้กระแสปรสิตลดลงจนถึงการกำจัดอย่างสมบูรณ์ อย่างน้อยก็ในทางทฤษฎี เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ตัวเก็บประจุของความจุที่เหมาะสมควรเชื่อมต่อขนานกับโหลดอุปนัย เวกเตอร์เมื่อเพิ่มเข้าไปจะให้ศูนย์และจะเหลือเพียงองค์ประกอบที่ใช้งานที่เป็นประโยชน์เท่านั้น

คำนวณตามสูตร:

C=1 / (2πFX) โดยที่ X คือค่ารีแอกแตนซ์รวมของอุปกรณ์ทั้งหมดที่รวมอยู่ในเครือข่าย F - ความถี่ของแรงดันไฟฟ้า (เรามี - 50 Hz);

เหมือน - อะไรง่ายกว่ากัน? คูณ "X" กับจำนวน "pi" ด้วย 50 แล้วหาร อย่างไรก็ตาม สิ่งต่าง ๆ ค่อนข้างซับซ้อน

ในทางปฏิบัติเป็นอย่างไร

สูตรนั้นง่าย แต่การกำหนดและคำนวณ X นั้นไม่ใช่เรื่องง่าย ในการทำเช่นนี้ คุณต้องนำข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับอุปกรณ์ หาค่ารีแอกแตนซ์ และในรูปแบบเวกเตอร์ และแม้กระทั่ง … อันที่จริง ไม่มีใครทำสิ่งนี้ ยกเว้นนักเรียนที่ทำงานในห้องปฏิบัติการ

คุณสามารถกำหนดกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟในอีกทางหนึ่ง โดยใช้อุปกรณ์พิเศษ - เครื่องวัดเฟสที่ระบุค่า cosine phi หรือโดยการเปรียบเทียบการอ่านของ wattmeterแอมมิเตอร์และโวลต์มิเตอร์

เรื่องนั้นซับซ้อนโดยข้อเท็จจริงที่ว่าในกระบวนการผลิตจริง โหลดมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา เนื่องจากเครื่องบางเครื่องเปิดระหว่างการทำงาน ในขณะที่เครื่องอื่นๆ ถูกตัดการเชื่อมต่อจากเครือข่ายตามที่กำหนดโดย กฎระเบียบทางเทคโนโลยี ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีมาตรการต่อเนื่องเพื่อติดตามสถานการณ์ ระบบไฟทำงานในช่วงกะกลางคืน อากาศสามารถให้ความร้อนในโรงงานในฤดูหนาว และอากาศสามารถระบายความร้อนได้ในฤดูร้อน ไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง แต่การชดเชยกำลังรีแอกทีฟจะขึ้นอยู่กับการคำนวณทางทฤษฎีด้วยการวัดเชิงปฏิบัติจำนวนมาก cos φ

การเชื่อมต่อและถอดตัวเก็บประจุ

วิธีที่ง่ายและชัดเจนที่สุดในการแก้ปัญหาคือการวางพนักงานพิเศษไว้ใกล้มิเตอร์วัดเฟสซึ่งจะเปิดหรือปิดตัวเก็บประจุตามจำนวนที่ต้องการ เพื่อให้ได้ค่าเบี่ยงเบนขั้นต่ำของลูกศรจากความสามัคคี ดังนั้นในตอนแรกพวกเขาทำอย่างนั้น แต่การฝึกฝนแสดงให้เห็นว่าปัจจัยมนุษย์ที่มีชื่อเสียงไม่อนุญาตให้บรรลุผลตามที่ต้องการเสมอไป ไม่ว่าในกรณีใด พลังงานรีแอกทีฟซึ่งส่วนใหญ่มักเป็นอุปนัยในธรรมชาติ จะได้รับการชดเชยโดยการเชื่อมต่อความจุไฟฟ้าที่มีขนาดที่เหมาะสม แต่ควรทำเช่นนี้โดยอัตโนมัติ มิฉะนั้น พนักงานที่ประมาทเลินเล่อสามารถนำองค์กรของเขาเองมาอยู่ภายใต้ค่าปรับจำนวนมากได้ อีกครั้งงานนี้ไม่สามารถเรียกได้ว่าผ่านการรับรอง แต่ค่อนข้างคล้อยตามระบบอัตโนมัติ รูปแบบที่ง่ายที่สุดประกอบด้วยคู่อิเล็กตรอนแบบออปติคัลของตัวปล่อยแสงและตัวรับแสง ลูกศรครอบคลุมค่าต่ำสุดซึ่งหมายความว่าคุณต้องเพิ่มความจุ

ระบบอัตโนมัติและอัลกอริธึมอัจฉริยะ

ปัจจุบันมีระบบที่ช่วยให้คุณรักษา cos φ ให้อยู่ในช่วง 0.9 ถึง 1 ได้อย่างน่าเชื่อถือ เนื่องจากการเชื่อมต่อของตัวเก็บประจุในตัวมันเกิดขึ้นอย่างไม่ต่อเนื่อง จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะได้ผลลัพธ์ในอุดมคติ แต่กำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟอัตโนมัติ ตัวชดเชยยังคงให้ผลทางเศรษฐกิจที่ดีมาก การทำงานของอุปกรณ์นี้ใช้อัลกอริธึมอัจฉริยะที่รับประกันการทำงานทันทีหลังจากเปิดเครื่อง ส่วนใหญ่มักจะไม่มีการตั้งค่าเพิ่มเติม ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ทำให้สามารถบรรลุการเชื่อมต่อที่สม่ำเสมอของทุกขั้นตอนของธนาคารตัวเก็บประจุเพื่อหลีกเลี่ยงความล้มเหลวก่อนวัยอันควรของหนึ่งหรือสองรายการ เวลาตอบสนองก็ลดลงเช่นกัน และโช้กเพิ่มเติมจะลดปริมาณแรงดันไฟฟ้าตกระหว่างสภาวะชั่วครู่ แผงควบคุมพลังงานขององค์กรที่ทันสมัยมีรูปแบบตามหลักสรีรศาสตร์ที่เหมาะสม ซึ่งสร้างเงื่อนไขให้ผู้ปฏิบัติงานประเมินสถานการณ์ได้อย่างรวดเร็ว และในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุหรือความล้มเหลว เขาจะได้รับสัญญาณเตือนทันที ราคาตู้แบบนี้มีเยอะแต่คุ้มที่จ่ายไปก็เกิดประโยชน์

อุปกรณ์ชดเชย

เครื่องชดเชยกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟแบบธรรมดาคือตู้โลหะที่มีขนาดมาตรฐานพร้อมแผงควบคุมและแผงควบคุมที่แผงด้านหน้าซึ่งปกติจะเปิดออก ด้านล่างเป็นชุดตัวเก็บประจุ (แบตเตอรี่) เช่นสถานที่ตั้งเกิดจากการพิจารณาอย่างง่าย: ความจุไฟฟ้าค่อนข้างหนัก และค่อนข้างสมเหตุสมผลที่จะพยายามทำให้โครงสร้างมีเสถียรภาพมากขึ้น ในส่วนบน ที่ระดับสายตาของผู้ปฏิบัติงาน มีอุปกรณ์ควบคุมที่จำเป็น รวมถึงตัวบ่งชี้เฟส ซึ่งคุณสามารถตัดสินขนาดของตัวประกอบกำลัง นอกจากนี้ยังมีสัญญาณบ่งชี้ต่างๆ เช่น ฉุกเฉิน การควบคุม (เปิดและปิด เปลี่ยนเป็นโหมดแมนนวล ฯลฯ) การประเมินการเปรียบเทียบการอ่านค่าเซ็นเซอร์วัดและการพัฒนาการควบคุม (การเชื่อมต่อตัวเก็บประจุของพิกัดที่ต้องการ) ดำเนินการโดยวงจรที่ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์ แอคทูเอเตอร์ทำงานอย่างรวดเร็วและเงียบ โดยปกติสร้างจากไทริสเตอร์ที่ทรงพลัง

การคำนวณธนาคารตัวเก็บประจุโดยประมาณ

ในโรงงานขนาดค่อนข้างเล็ก กำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟของวงจรสามารถประมาณได้คร่าวๆ ด้วยจำนวนอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ โดยคำนึงถึงลักษณะการเปลี่ยนเฟสของพวกมัน ดังนั้นมอเตอร์ไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัสแบบธรรมดา ("ผู้ทำงานหนัก" หลักของโรงงานและโรงงาน) ที่มีโหลดเท่ากับครึ่งหนึ่งของกำลังไฟพิกัดมี cos φ เท่ากับ 0.73 และหลอดฟลูออเรสเซนต์ - 0.5 พารามิเตอร์ของ เครื่องเชื่อมแบบสัมผัสมีตั้งแต่ 0, 8 ถึง 0.9 เตาอาร์คทำงานโดยมีค่าโคไซน์ φ เท่ากับ 0.8 ตารางที่มีให้สำหรับหัวหน้าวิศวกรไฟฟ้าเกือบทุกคนจะมีข้อมูลเกี่ยวกับอุปกรณ์อุตสาหกรรมเกือบทุกประเภทและสามารถตั้งค่าชดเชยกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟล่วงหน้าได้ ใช้เสร็จแล้ว อย่างไรก็ตาม ข้อมูลดังกล่าวใช้เป็นข้อมูลพื้นฐานในการปรับเปลี่ยนโดยการเพิ่มหรือลบคาปาซิเตอร์แบงค์เท่านั้น

ทั่วประเทศ

คุณอาจรู้สึกว่ารัฐได้มอบความไว้วางใจให้โรงงาน โรงงาน และผู้ประกอบการอุตสาหกรรมอื่นๆ ด้วยความใส่ใจเกี่ยวกับพารามิเตอร์ของโครงข่ายไฟฟ้าและความสม่ำเสมอของภาระบนนั้น นี่ไม่เป็นความจริง. ระบบพลังงานของประเทศควบคุมการเปลี่ยนเฟสในระดับชาติและระดับภูมิภาคที่ทางออกของผลิตภัณฑ์พิเศษจากโรงไฟฟ้า ปัญหาอีกประการหนึ่งคือการชดเชยองค์ประกอบปฏิกิริยาไม่ได้ดำเนินการโดยการเชื่อมต่อธนาคารตัวเก็บประจุ แต่ด้วยวิธีอื่น เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของพลังงานที่จ่ายให้กับผู้บริโภคในขดลวดของโรเตอร์ กระแสอคติจะถูกควบคุม ซึ่งไม่ใช่ปัญหาใหญ่ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัส