Na jedné straně lze práci proudu snadno vypočítat na základě znalosti síly proudu, napětí a odporu zátěže. Bolestně známé vzorce ze školního kurzu fyziky vypadají takto.
A o reaktivní složce není ani slovo.
Na druhou stranu řada fyzikálních procesů ve skutečnosti těmto výpočtům ukládá své vlastní charakteristiky. Mluvíme o reaktivní energii. Problémy s pochopením reaktivních procesů přicházejí s účty za elektřinu ve velkých podnicích, protože v domácích sítích platíme pouze za aktivní energii (množství spotřeby jalové energie je tak malé, že jsou jednoduše zanedbávány).
Abychom pochopili podstatu fyzikálních procesů, začněme s definicemi.
Aktivní elektřina – Jedná se o kompletně přeměněnou energii dodávanou do obvodu z napájecího zdroje. Přeměna může nastat v teplo nebo v jiný druh energie, ale podstata zůstává stejná – přijatá energie se nevrací zpět do zdroje.
Příklad fungování aktivní energie: proud procházející odporovým prvkem přeměňuje část energie na ohřev. Toto dokonalé dílo proudu je aktivní.
Reaktivní elektřina je energie vrácená zpět do aktuálního zdroje. To znamená, že proud dříve přijatý a zohledněný měřičem bez dokončení práce je vrácen. Proud mimo jiné dělá skok (zatížení se na krátkou dobu velmi zvýší).
Je těžké pochopit proces bez příkladů.
Nejzřetelnější je funkce kondenzátoru. Kondenzátor sám nepřeměňuje elektřinu na užitečnou práci, akumuluje ji a uvolňuje. Samozřejmě, pokud je část energie stále vynaložena na ohřev prvku, pak jej lze považovat za aktivní. Reaktivní vypadá takto:
1. Když je kondenzátor napájen střídavým napětím, spolu s nárůstem U se také zvyšuje náboj kondenzátoru.
2. V okamžiku, kdy začne pokles napětí (druhá čtvrtina cyklu na sinusovce), napětí na kondenzátoru se ukáže být vyšší než na zdroji. A tak se kondenzátor začne vybíjet a dává energii zpět do silového obvodu (proud teče opačným směrem).
3. V dalších dvou čtvrtletích se situace zcela opakuje, jen se napětí změní na opačné.
Vzhledem k tomu, že samotný kondenzátor nevykonává žádnou práci, přijímané napětí dosahuje své maximální hodnoty amplitudy (tj. √2=1,414 krát více než aktuálních 220V, resp. 220·1,414=311V).
Při práci s indukčními prvky (cívky, transformátory, elektromotory atd.) je situace obdobná. Graf indikátoru je vidět na obrázku níže.
Rýže. 2. Indikátorové tabulky
Vzhledem k tomu, že moderní domácí spotřebiče se skládají z mnoha různých prvků s efektem „jalového“ výkonu a bez něj, jalový proud, tekoucí v opačném směru, skutečně pracuje na zahřívání aktivních prvků. Jalový výkon obvodu je tedy v podstatě vyjádřen v kolaterálních ztrátách a napěťových rázech.
Při výpočtu je velmi obtížné oddělit jeden indikátor napájení od druhého. A vysoce kvalitní a efektivní systém měření je drahý, což ve skutečnosti vedlo k odmítnutí měření objemu spotřeby jalového proudu v každodenním životě.
Ve velkých komerčních zařízeních je naopak objem spotřeby jalové energie mnohem větší (vzhledem k množství energetických zařízení napájených výkonnými elektromotory, transformátory a dalšími prvky vytvářejícími jalový proud), proto je pro ně zavedeno samostatné měření.
Jak se počítá činná a jalová elektřina?
Většina výrobců elektroměrů pro podniky implementuje jednoduchý algoritmus.
Zde se činný výkon P odečte od celkového výkonu S (ve snadno srozumitelné podobě).
Výrobce tak nemusí organizovat zcela oddělené účetnictví.
Co je cosϕ (kosinus phi)
Vzhledem k tomu, že velký objem skutečně parazitních jalových proudů zatěžuje sítě dodavatele elektřiny, ten povzbuzuje spotřebitele ke snižování jalového výkonu.
Pro číselné vyjádření poměru činných a jalových výkonů se používá speciální koeficient – kosinus fí.
Vypočítá se pomocí vzorce.
Kde celkový výkon je součet činného a jalového.
Čím blíže je indikátor k jedničce, tím menší je parazitní zatížení sítě.
Stejný koeficient je uveden na typových štítcích elektrického nářadí vybaveného motory. V tomto případě se k odhadu špičkové spotřeby energie používá cosϕ. Například jmenovitý výkon zařízení je 600 W a cosϕ = 0,7 (průměr pro velkou většinu elektrického nářadí), pak bude špičkový výkon potřebný ke spuštění elektromotoru považován za Pnomin / cosϕ, = 600 W / 0,7 = 857 VA ( jalový výkon je vyjádřen ve voltampérech).
Aplikace kompenzátorů jalového výkonu
S cílem povzbudit spotřebitele, aby provozovali elektrickou síť bez jalového zatížení, zavádějí dodavatelé elektřiny dodatečný placený tarif za jalový výkon, ale platba je účtována pouze v případě, že průměrná měsíční spotřeba překročí určitý koeficient, například pokud je poměr celkového a činného výkonu nad 0,9 se účet za platbu za jalový výkon nevystavuje.
Aby se snížily náklady, podniky instalují speciální zařízení – kompenzátory. Mohou být dvou typů (podle principu činnosti):
- kapacitní;
- Induktivní.
Činný, jalový a zdánlivý výkon přímo souvisí s proudem a napětím v uzavřeném elektrickém obvodu, když jsou zapnuty jakékoli spotřebiče. Pro výpočty se používají různé vzorce, z nichž hlavní je součin napětí a proudu. To se týká především stejnosměrného napětí. V obvodech střídavého proudu se však výkon dělí na několik složek, které jsou uvedeny výše. Každá z nich se vypočítává pomocí vzorců.
Vzorce pro činný, jalový a zdánlivý výkon
Za hlavní složku je považován činný výkon. Je to hodnota, která charakterizuje proces přeměny elektrické energie na jiné druhy energie. Jinými slovy, jedná se o rychlost, s jakou je elektřina spotřebovávána. Tato hodnota se zobrazuje na elektroměru a spotřebitelé ji platí. Výpočet činného výkonu se provádí pomocí vzorceP = U x I x cosφ.
Na rozdíl od činného výkonu, který označuje energii přímo spotřebovanou elektrickými spotřebiči a přeměněnou na jiné druhy energie – teplo, světlo, mechanickou atd., je jalový výkon jakýmsi neviditelným pomocníkem. S jeho účastí se vytvářejí elektromagnetická pole, která spotřebovávají elektromotory. V první řadě určuje povahu zátěže a může být nejen generována, ale i spotřebovávána. Výpočty jalového výkonu se provádějí podle vzorceQ = U x I x sinф.
Celkový výkon je hodnota skládající se z činné a reaktivní složky. Právě ta poskytuje spotřebitelům potřebné množství elektřiny a udržuje je v provozuschopném stavu. Vzorec používaný k jeho výpočtu je: S = .
Jak najít činnou, jalovou a zdánlivou sílu
Činný výkon označuje energii, která je nevratně spotřebována zdrojem za jednotku času k provedení nějaké užitečné práce spotřebitelem. V procesu spotřeby, jak již bylo uvedeno, se přeměňuje na jiné druhy energie.
V obvodu střídavého proudu je hodnota činného výkonu definována jako průměrná hodnota okamžitého výkonu za daný časový úsek. Průměrná hodnota za tento úsek bude tedy záviset na úhlu fázového posunu mezi proudem a napětím a nebude rovna nule, za předpokladu, že v této části obvodu je aktivní odpor. Poslední uvedený faktor určuje název činného výkonu. Právě prostřednictvím aktivního odporu se elektrická energie nevratně přeměňuje na jiné druhy energie.
Viz také:
Vzorec pro zkratový proud
Při výpočtech elektrických obvodů se široce používá koncept jalového výkonu. S jeho účastí probíhají procesy, jako je výměna energie mezi zdroji a reaktivními prvky obvodu. Tento parametr bude numericky roven amplitudě, kterou má proměnná složka okamžitého výkonu obvodu.
Existuje určitá závislost jalového výkonu na znaménku úhlu φ, jak je znázorněno na obrázku. V tomto ohledu bude mít kladnou nebo zápornou hodnotu. Na rozdíl od činného výkonu, měřeného ve wattech, se jalový výkon měří ve varech – jalových voltampérech. Konečná hodnota jalového výkonu v rozvětvených elektrických obvodech je algebraický součet stejných výkonů pro každý prvek obvodu, s přihlédnutím k jejich individuálním charakteristikám.
Hlavní složkou zdánlivého výkonu je maximální možný činný výkon při známém proudu a napětí. V tomto případě je cosφ roven 1, pokud nedochází k fázovému posunu mezi proudem a napětím. Zdánlivý výkon zahrnuje také jalovou složku, což je jasně patrné z výše uvedeného vzorce. Jednotkou měření pro tento parametr je voltampér (VA).
Multimetr: účel, druhy, označení, značení, co lze multimetrem měřit
Jak porozumět Ohmovu zákonu: jednoduché vysvětlení pro figuríny se vzorcem a koncepty
Ohmův zákon pro střídavý proud
Co je elektrický odpor nebo impedance?
Nejlepší nejlepší multimetry
Ohmův zákon pro homogenní úsek řetězce – vzorec
