Что такое реактивная энергия?

Мы знаем типичное уравнение для мгновенной мощности (которое можно доказать): п ( т ) "=" в ( т ) я ( т ) . В синусоидальном установившемся режиме (давайте для простоты проигнорируем гармоники), в ( т ) "=" 2 В среднеквадратичное значение потому что ⁡ ( ю т + ф в ) и я ( т ) "=" 2 я среднеквадратичное значение потому что ⁡ ( ю т + ф я ) , где ю и Т "=" 2 π / ю - соответственно угловая частота и период в и я . Отсюда, пуская θ "=" ф в − ф я , можно показать, что

п ( т ) "=" [ В среднеквадратичное значение я среднеквадратичное значение потому что ⁡ ( ф в − ф я ) ] ⏟ компонент постоянного тока + [ В среднеквадратичное значение я среднеквадратичное значение ] потому что ⁡ ( 2 ю т + ф в + ф я ) ⏟ компонент переменного тока "=" [ В среднеквадратичное значение я среднеквадратичное значение потому что ⁡ θ ] ⏟ однонаправленный + [ В среднеквадратичное значение я среднеквадратичное значение потому что ⁡ ( ф в + ф я ) ] потому что ⁡ 2 ю т − [ В среднеквадратичное значение я среднеквадратичное значение грех ⁡ ( ф в + ф я ) ] грех ⁡ 2 ю т ⏟ двунаправленный

где 2 ю и Т ′ "=" 2 π / 2 ю "=" Т / 2 - соответственно угловая частота и период п . Теперь, так как п ( т ) "=" деф г ж ( т ) / г т , то переданная энергия кратна целому числу н периода п является

Вт "=" ∫ 0 н Т ′ п ( т ) г т "=" п ∫ 0 н Т ′ г т ⏟ чистая энергия + В среднеквадратичное значение я среднеквадратичное значение потому что ⁡ ( ф в + ф я ) ∫ 0 н Т ′ потому что ⁡ 2 ю т г т − В среднеквадратичное значение я среднеквадратичное значение грех ⁡ ( ф в + ф я ) ∫ 0 н Т ′ грех ⁡ 2 ю т г т ⏟ нет чистой энергии "=" п ⋅ н ⋅ Т ′ + 0

Понятно, что чистая энергия не передается из-за реактивной составляющей импеданса нагрузки . Тем не менее, я видел три документа ( эта веб-страница в разделе 1.7, этот PDF-файл на странице 2, этот PDF-файл ) говорят о реактивной энергии и соответствующих счетчиках. Поскольку, как показано выше, чистая энергия не передается из-за реактивного сопротивления нагрузки, какую энергию на самом деле показывают эти счетчики? Если это «реактивная энергия», что они имеют в виду? Два документа, которые я нашел, определяют реактивную энергию математически как

1 Т ∫ 0 Т в ( т ) я ( т + Т 4 ) г т "=" Вопрос

что бессмысленно; они определяют реактивную энергию как реактивную мощность, которая является другой величиной; энергия измеряется в джоулях, а правая часть предыдущего соотношения измеряется в джоулях в секунду (или в ваттах, или в варах; размерность их одинакова). Почему они определяют это как таковое? Я прочитал эти три вопроса ( 1 , 2 , 3 ), но на самом деле они не относятся к тем, которые я задал.

РЕДАКТИРОВАТЬ: Мои вопросы не непосредственно о реактивной мощности, а о реактивной энергии.

На самом деле есть довольно забавная картина , которая дает хорошую аналогию того, что представляют собой различные типы силы... То есть, если вы пьете пиво (или, возможно, даже содовую), вам это понравится.
Реактивная мощность не имеет физического смысла с точки зрения прямого измерения, это просто одна сторона треугольника мощностей, гипотенуза которого представляет собой полную мощность ( В р М С ⋅ я р М С ), а другая сторона - реальная сила.
Всем привет. Просто для ясности: речь идет о реактивной энергии, а не о реактивной мощности.
@sarthak Вопросы не касаются непосредственно коэффициента мощности.

Ответы (3)

В энергетике переменного тока реактивная энергия — это электрическая энергия, которая накапливается, а не преобразуется в какую-либо другую форму энергии и, таким образом, «используется» или «потребляется». Реактивная мощность — это скорость передачи реактивной энергии от одного компонента накопителя к другому.

На приведенной ниже диаграмме показана типичная передача мощности от электрической сети к точке использования. Напряжение источника подается пользователю и считается идеальным источником однофазного переменного напряжения. Нагрузку можно представить в виде резистора, включенного параллельно катушке индуктивности. Напряжение источника — это напряжение на обоих компонентах нагрузки.

Ток резистора находится в фазе с напряжением источника. Мгновенная форма сигнала мощности резистора представляет собой произведение тока резистора на напряжение источника. Минимальные точки на этой кривой лежат на оси X. Мощность всегда положительна, что указывает на то, что вся мощность передается от источника к резистору. Площадь под кривой представляет энергию, полученную резистором и рассеянную в виде тепла.

Ток катушки индуктивности отстает от напряжения источника на 90 градусов. Произведение напряжения источника и тока индуктора представляет собой синусоидальную волну, имеющую положительные и отрицательные значения, которые в среднем равны нулю. Поскольку это не представляет собой реальную мощность, это называется «вольт-ампер, реактивный» или «вар». Имеются равные площади выше и ниже кривой, показывающие энергию, полученную от источника и возвращенную в источник. Это реактивная энергия.

Показанная как идеальная схема, средняя и чистая передача реактивной энергии равна нулю. Однако есть реальная энергия, которая постоянно движется вперед и назад. В идеальной системе реактивная энергия генерируется, когда нагрузка подключена, передается туда и обратно, пока нагрузка подключена, и возвращается к источнику, когда нагрузка отключена. На самом деле при каждой передаче между нагрузкой и генератором теряется около 7% энергии. Коммунальное предприятие поместит некоторое количество конденсаторов на местные подстанции или даже на опоры ЛЭП. Используя свою тарифную структуру, коммунальные предприятия поощряют крупных пользователей приобретать собственные конденсаторы.

Общий вольт-ампер (ВА) представляет собой сумму мощности (ватт) и реактивного вольт-ампер (ВАР). Это показано как синусоида, которая опускается ниже нулевой оси.

введите описание изображения здесь

Данные цепи для выше

Напряжение питания: 240 В среднекв., 339,4 Впик.

Ток резистора: 200 А (282,8 пика)

Ток индуктора: 150 А (212,1 пик)

Потребляемый ток: 250 А (353,8 пика)

Мощность: 48 кВт (96 пк-пк)

Реактивная мощность: 36 кВАр (72 пик-пик)

Полная мощность: 60 кВА (120 пик-пик)

чистая энергия не передается из-за реактивной составляющей импеданса нагрузки.

Нет чистой энергии, но это только потому, что энергия передается в обоих направлениях.

... реактивная энергия и соответствующие им счетчики ... какую энергию на самом деле показывают эти счетчики?

Они считывают скорость передачи энергии туда и обратно.

Если это «реактивная энергия», что они имеют в виду?

См. выше.

... Почему они определяют это как таковое?

VAR называются VAR, чтобы отличать энергию, которая передается туда и обратно, от энергии, которая «потребляется». Энергия, которая «потребляется», имеет гораздо более высокую стоимость, чем энергия, которая просто передается туда и обратно, но у VAR все еще есть стоимость.

Учет коммунальных услуг

Единицей измерения, используемой нами для выставления счетов за электроэнергию, является киловатт-час. Это площадь под кривой мощности, интегрированная в расчетный цикл. Для производства ископаемого топлива энергия, измеренная счетчиком киловатт-часов, равна энергосодержанию входного топлива плюс потери, понесенные при производстве, передаче и распределении энергии. Большинство этих потерь прямо пропорциональны генерируемой энергии.

Коммунальные предприятия также могут измерять киловар-часы. Это площадь под кривой var, интегрированной в расчетный цикл без учета направления потока энергии. Хотя передаваемая чистая реактивная энергия равна нулю, потери, возникающие при передаче и распределении варов, прямо пропорциональны общему количеству переданных варов. Также существуют сопутствующие капитальные затраты на оборудование для генерации, передачи и распределения, которые пропорциональны общему количеству переданных варов.

Формулы выставления счетов и используемые количества определяются отдельными коммунальными предприятиями. Основы в целом схожи, но используются различные специфические методы.

Рекомендации

Представленная основная информация представлена ​​аналогичным образом в учебниках, посвященных цепям переменного тока. Вот некоторые ссылки, относящиеся к электроэнергетике:

Edison Electric Institute, Справочник по измерению электроэнергии

Майкл Берден, Понимание перетока мощности и соглашений об именах в двунаправленных измерительных приложениях

Привет, Чарльз. Исходя из первого абзаца перед первой точкой и четвертого абзаца после предпоследней точки, вы имели в виду, что реактивная энергия - это энергия, запасенная в катушках индуктивности и конденсаторах, т.е. ж ( т ) "=" 0,5 л я 2 ( т ) + 0,5 С в 2 ( т ) ?
Хотя мои вопросы не касаются непосредственно мощности, несколько вещей кажутся мне неправильными: 1) кривая «индуктивной реактивной мощности», которая является п ( т ) индуктора, должно иметь другое название, потому что Вопрос индуктора не зависит от времени; 2) кривая «Суммарная ВА», представляющая собой сумму п ( т ) резистора и индуктора, должны иметь другое название, потому что полная мощность не п + Вопрос (ни п р ( т ) + п л ( т ) ), его п 2 + Вопрос 2 .)
1-й комментарий: Да, я думаю, это то, что я имею в виду. 2-й комментарий: 1) Я так не думаю. 2) Я хотел, чтобы это была ВА или кажущаяся мощность как функция времени, но я сделал это неправильно. Я постараюсь исправить это завтра. Я тоже завтра постараюсь еще раз все посмотреть.
2) Я дважды проверил это и нашел, что это правильно. Мгновенная ВА как функция фазового угла равна W как функция фазового угла плюс реактивная ВА как функция фазового угла. Я пересмотрел свой ответ, чтобы показать данные для диаграммы.
«Они считывают скорость передачи энергии туда и обратно», но это (реактивная) мощность, а не энергия. Потом они путают один термин с другим.
Да. Я должен был сказать, что они воспринимают реактивные вольт-амперы на непрерывной или мгновенной основе и интегрируют их во времени, чтобы получить показания полной энергии, переданной за интервал между записью показаний.
«[...] они измеряют реактивные вольт-амперы на непрерывной или мгновенной основе и интегрируют их с течением времени [...]». Хорошо, используя это как определение реактивной энергии, я сделал этот интерактивный онлайн-график на GeoGebra . Там вы можете увидеть чистую реактивную энергию за период п ( т ) равна нулю, а максимальная реактивная энергия равна | Вопрос | / ю . Вы согласны?
Да. Я должен был сказать, что это абсолютная величина, которую мы почувствовали, чтобы представить полную энергию, переданную как сумму энергии, переданной в каждом направлении.
Хорошо. Я думаю, это последний вопрос: знаете ли вы какой-либо официальный источник (ANSI, IEEE, IEC или любой другой), в котором реактивная энергия описывается так же, как вы? Спасибо.
Я добавил в свой ответ разделы «Измерение полезности» и «Справочник».
Большое спасибо. «Это площадь под кривой var, интегрированной в цикл выставления счетов без учета направления потока энергии», которая решает мой вопрос. Поскольку они не учитывают направление потока реактивной энергии, чистая энергия (интеграл по н периодов) не равен нулю, а кривая энергии не ограничена между Вопрос / ю и − Вопрос / ю а вместо этого увеличивается. Я думаю, это равносильно утверждению, что реактивная энергия является интегралом от абсолютного значения мгновенной реактивной мощности за расчетный интервал времени.

Реактивная мощность рассчитывается или косвенно измеряется путем применения операции к форме сигнала перед измерением. Реактивная мощность не может быть измерена напрямую:

  • Расчет: например, мы можем измерить активную мощность P, ток I и напряжение V. Из V и I мы получаем кажущуюся мощность Pa=VI, и, следовательно, реактивная мощность рассчитывается как:

введите описание изображения здесь

  • Косвенное измерение: например, мы сдвигаем одну из форм волны (напряжения или тока) на 90°, а затем умножаем две формы волны (или измеряем результирующую активную мощность). Мы смещаемся на 90°, потому что cos x = sin (PI/2 + x). А 90° представляет собой задержку T/4 (четверть периода). Именно поэтому мы получаем:

    введите описание изображения здесь

Работа производится исключительно активной силой. Например, дизельный двигатель производит только активную мощность (его мощность выражается только в кВт или л.с., а не в кВА, вы не можете думать о напряжении и токе, когда имеете дело с механической энергией). Эта мощность может управлять генератором переменного тока, который вырабатывает электроэнергию. Теперь, в зависимости от профиля нагрузки, у нас может быть фазовый сдвиг между напряжением и током, поэтому для разных нагрузок мы можем иметь одну и ту же активную мощность с разными токами и, следовательно, с разными реактивными мощностями.

Реактивная энергия в некоторых случаях оплачивается дополнительно. Почему мы должны платить за неиспользованную энергию? Это не вопрос изобретения нового платежа. Фактически, рассмотрим поставщика энергии, вырабатывающего электроэнергию и потребляющего топливо в зависимости от механической мощности (активной мощности). Хотя он платит за активную мощность (потребление топлива, необходимое для механической мощности), но он должен распределять эту мощность через трансформаторы и линии электропередачи. (КПД преобразования и потери нас сейчас не интересуют). Для упрощения рассмотрим только линии передачи. Его активная мощность представляет собой сумму активной мощности, потребляемой клиентами, и активной мощности, нагревающей линии передачи в зависимости от тока. Итак, как я уже упоминал, поскольку для одной и той же активной мощности у нас могут быть разные токи, потребление поставщиком энергии увеличивается с током, даже если реальная работа его клиентов остается прежней. Тогда реактивная энергия является оправданным аргументом для выставления счетов. Обычно его навязывают, чтобы побудить потребителя использовать корректор коэффициента мощности и, следовательно, уменьшить реактивную энергию.

Привет, Пол. Речь идет о реактивной энергии, а не о реактивной мощности. Что касается пули секунд, я опубликовал это уравнение для реактивной энергии, но мои вопросы заключаются в том, что это означает и почему они это делают .
Второе уравнение бессмысленно из-за следующего. В левой части написано «реактивная энергия» , поэтому она должна быть выражена в джоулях или ватт-часах. Но если вы вычислите интеграл правой части, вы получите реактивную мощность, Вопрос "=" В среднеквадратичное значение я среднеквадратичное значение грех ⁡ ( ф в − ф я ) , который измеряется в варах, ваттах или джоулях в секунду. Единицы каждой части уравнения не совпадают, поэтому оно неверно .
@AlejandroNava спасибо за этот интересный вопрос и интересный отзыв. Во многих документах реактивная энергия путается с реактивной мощностью. на самом деле это реактивная энергия в единицу времени. Я обновил свой ответ и добавил дополнительную информацию. Я надеюсь, что это будет полезно.
Большой. Я понял то же самое (реактивную энергию путают с реактивной мощностью) после поиска немного больше.

Я предполагаю, что многие из нас были бы достаточно способны, чтобы изобрести новые платежи. Некоторые из введенных платежей могут быть созданы для управления поведением людей. Для энергетических компаний, безусловно, полезно убедить людей иметь коэффициент мощности как можно ближе к 1.

Реактивная энергия, полученная путем интегрирования абсолютного значения реактивной мощности, может быть хорошим поведением, контролирующим критерии сбора денег, которые могут быть оправданы. Это единственное число, у которого есть цена, и люди могут уменьшить его число, используя правильно спроектированные устройства. Это можно представить как непреложный факт, когда у людей есть только одна доступная сеть электроснабжения. Это можно объяснить и как компенсацию потерь - столько энергии ваши действия заставили нас передать на ваши устройства и обратно по проводам и каждый переданный импульс часть рассеял. Заплати за это!

РЖУ НЕ МОГУ. Если они собираются создать какое-то новое количество для целей оплаты, они должны вместо этого взимать плату за коэффициент мощности, который имеет физический смысл, а не бессмысленную (пока что для меня) реактивную энергию .
Это используется. Я видел «максимальную мгновенную реактивную мощность (или на самом деле максимум около 1 секунды в среднем) регистрирующих устройств». Цена использованной энергии была умножена на число, которое увеличивалось по мере увеличения максимальной пиковой реактивной мощности в течение расчетного периода. Люди увидели в этом несправедливость.
Что такое реактивная энергия?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v