Реактивная мощность цепи переменного тока.

Реактивная мощность – это величина, характеризующая нагрузки создаваемые различными колебаниями электромагнитных полей, которые встречаются цепях с конденсаторами и индуктивностями. А по своей сути это энергия, которая переходит от источника питания к потребителю (нагрузке), а затем возвращается обратно этими реактивными компонентами в течении одного полупериода.

Исходя из выше описанного, становится ясно то, что реактивная мощность оказывает негативное влияние на электрическую сеть в целом. Поэтому ее стараются скомпенсировать. Но об этом мы поговорим чуть позже.

Индуктивная и емкостная нагрузка в роли появления реактивной мощности

Существуют потребители электрической энергии, которые создают чисто активную нагрузку. К ним можно отнести различные нагревательные элементы, тэны, лампы накаливания и т.п. Эти потребители не способны генерировать значительных электромагнитных полей. А вот другие потребители способны генерировать реактивную нагрузку. Т.е создавать сильные электромагнитные поля. Основными представителями этой группы можно считать устройства имеющие в своих питающих цепях конденсаторы и катушки индуктивность. Как мы уже знаем, емкостное сопротивление и индуктивность по разному оказывают влияние на величину реактивной мощности появляющейся в электрической цепи.

Так если приложить к катушки индуктивности ток и напряжение с нулевым сдвигом по фазе, то на выходе схемы увидим отставание тока от напряжения. А вот если подать тоже самое на конденсатор, то на выходе получим опережение током напряжения. Для понимания процесса смотри рисунок, где схематически показано опережение током напряжения при емкостном характере нагрузки.

Сдвиг фаз в цепи емкостного характера - реактивная мощность

Такие свойства реактивных нагрузок используют для регулировки уровня напряжения в сети методом компенсации большой индуктивности емкостными нагрузками, и наоборот больших емкостей - индуктивностью.

Реактивная мощность формула и определение

Реактивная мощность – это электрическая энергия, которая периодически циркулирует между источником питания и нагрузкой. Реактивная мощность возникает потому, что емкость и катушка индуктивности могут накапливать энергию, а затем обратно отдавать её источнику. На практике реактивную мощность считают паразитной и пытаются избавиться от нее.

реактивная мощность вычисляется по следующим формулам:

Q=x×I2

или

Q=U×I×sinφ

Где, x - реактивное сопротивление, I и U - ток и напряжение протекающие в цепи, sinφ - коэффициент реактивной мощности

Единицей измерения реактивной мощности по СИ, является вольт ампер реактивный – ВАр

Физика появления реактивной мощности

Природу потерь в электрических цепях с реактивными компонентами можно увидеть по графикам на рисунках ниже:

. график потерь в электрических цепях с реактивными элементами

При отсутствии активной составляющей в нагрузке, сдвиг фаз между током и напряжением будет 90°. В начальный момент времени, когда уровень напряжение максимален – ток будет стремиться нулю, поэтому, мгновенное значение мощности UI в это время будет нулевым. В течении первой ¼ периода, мощность можно визуализировать на графике, как произведение UI (тока и напряжения), которое станет нулевым при максимуме тока и нулевом значении напряжения.

В следующую ¼ периода, UI будет лежать в отрицательной области координат, поэтому, мощность будет уходить обратно в источник питания. То же самое случится и в отрицательном токовом полупериоде. В результате средняя (активная) потребляемая мощность P avg за период будет нулевой.

В этом случае реактивная мощность, в соответствии с формулой выше стремится к нулю. Потребляемая мощность равна произведению тока и напряжения, Полная мощность будет равна только активной мощности. Коэффициент мощности будет равен единице (P/S = 1).

Рассмотрим случай равенства реактивного и активного сопротивлений в нагрузке, т.е сдвиг фаз между током и напряжением на 45°.

В этом случае: Q = U×I×sin45° = 0.71×U×I. Коэффициент мощности = 0.71

график потерь в электрических цепях с реактивными элементами при их равенстве
Компенсация реактивной мощности на примере асинхронного двигателя

Как вы наверное заметили, реактивная мощность оказывает обычно отрицательное воздействие, в связи с чем, необходима ее компенсация.

Видеоурок по теме реактивная мощность (и не только)