Výkonové charakteristiky instalace nebo sítě jsou základní pro většinu známých elektrických spotřebičů. Činný výkon (přenášený, spotřebovaný) charakterizuje část celkového výkonu, která je přenášena za určitou dobu frekvence střídavého proudu.
Definice
Pouze střídavý proud může mít činný a jalový výkon, protože síťové charakteristiky (proud a napětí) stejnosměrného proudu jsou vždy stejné. Jednotkou měření činného výkonu je Watt, zatímco jalový výkon se měří jalovým voltampérem a kiloVAR (kVAR). Za zmínku stojí, že plnou i aktivní charakteristiku lze měřit v kW a kVA, záleží na parametrech konkrétního zařízení a sítě. V průmyslových obvodech se nejčastěji měří v kilowattech.
Elektrotechnika využívá aktivní složku k měření přenosu energie jednotlivých elektrických zařízení. Podívejme se, kolik energie některé z nich spotřebují:
| Zařízení | Výkon domácích spotřebičů, W/hod |
| nabíječka | 2 |
| Zářivka DRL | Z 50 |
| Akustický systém | 30 |
| Rychlovarná konvice | 1500 |
| Pračka | 2500 |
| Poloautomatický invertor | 3500 |
| Vysokotlaká myčka | 3500 |
Na základě všeho výše uvedeného je činný výkon pozitivní charakteristikou konkrétního elektrického obvodu, což je jeden z hlavních parametrů pro výběr elektrických spotřebičů a řízení spotřeby elektřiny.
Generování aktivních komponent
Označení reaktivní složky:
Jedná se o jmenovitou hodnotu, která charakterizuje zatížení v elektrických zařízeních pomocí EMF kolísání a ztrát během provozu zařízení. Jinými slovy, přenášená energie jde do konkrétního jalového měniče (jedná se o kondenzátor, diodový můstek atd.) a projevuje se pouze v případě, že systém tuto součástku obsahuje.
Výpočet
Chcete-li zjistit indikátor činného výkonu, potřebujete znát celkový výkon, pro jeho výpočet se používá následující vzorec:
S = UI, kde U je síťové napětí a I je síťový proud.
Stejný výpočet se provádí při výpočtu úrovně přenosu energie cívky se symetrickým připojením. Diagram vypadá takto:
Symetrický diagram zatížení
Výpočet činného výkonu bere v úvahu fázový úhel nebo koeficient (cos φ), pak:
Velmi důležitým faktorem je, že tato elektrická veličina může být kladná nebo záporná. Záleží na tom, jaké vlastnosti má cos φ. Pokud je úhel fázového posunu sinusového proudu v rozsahu od 0 do 90 stupňů, pak je činný výkon kladný, pokud od 0 do -90, pak je záporný. Pravidlo platí pouze pro synchronní (sinusový) proud (používá se k provozu asynchronního motoru nebo zařízení obráběcího stroje).
Jedním z charakteristických rysů této charakteristiky je také to, že v třífázovém obvodu (například transformátor nebo generátor) je aktivní indikátor zcela generován na výstupu.
Výpočet třífázové sítě
Maximální a činný výkon je označen P, jalový výkon Q.
Vzhledem k tomu, že reaktivní je určena pohybem a energií magnetického pole, má jeho vzorec (s přihlédnutím k úhlu fázového posunu) následující tvar:
Pro nesinusový proud je velmi obtížné zvolit standardní parametry sítě. Pro stanovení požadovaných charakteristik pro účely výpočtu činného a jalového výkonu se používají různé měřicí přístroje. Jedná se o voltmetr, ampérmetr a další. Na základě úrovně zatížení se vybere požadovaný vzorec.
Vzhledem k tomu, že reaktivní a aktivní charakteristiky jsou vztaženy k celkovému výkonu, je jejich vztah (rovnováha) následující:
S = √P 2 + Q 2 a to vše se rovná U*I.
Pokud ale proud prochází přímo reaktancí. V síti nejsou žádné ztráty. To je určeno indukční indukční složkou – C a odporem – L. Tyto indikátory se vypočítají pomocí vzorců:
Indukční odpor: xL = ωL = 2πfL,
Kapacitní odpor: xc = 1/(ωC) = 1/(2πfC).
Pro stanovení poměru činného a jalového výkonu se používá speciální koeficient. Jedná se o velmi důležitý parametr, pomocí kterého můžete určit, jaká část energie je využita pro jiné účely nebo se „ztratí“ během provozu zařízení.
Pokud je v síti aktivní jalová složka, je nutné vypočítat účiník. Tato veličina nemá žádné měrné jednotky, charakterizuje konkrétní proudový spotřebič, pokud elektrický systém obsahuje reaktivní prvky. Pomocí tohoto indikátoru je jasné, kterým směrem a jak se energie posouvá vzhledem k síťovému napětí. K tomu budete potřebovat schéma trojúhelníku napětí:
Diagram stresového trojúhelníku
Pokud je například kondenzátor, vzorec koeficientu je následující:
Pro získání co nejpřesnějších výsledků se doporučuje získané údaje nezaokrouhlovat.
Kompenzace
Vzhledem k tomu, že když proudy rezonují, je jalový výkon 0:
Q = QL – QC = ULI – UCI
Aby se zlepšila kvalita provozu konkrétního zařízení, používají se speciální zařízení, která minimalizují dopad ztrát na síť. Konkrétně se jedná o UPS. Toto zařízení nevyžaduje elektrické spotřebiče s vestavěnou baterií (například notebooky nebo přenosná zařízení), ale pro většinu ostatních je nezbytný nepřerušitelný zdroj napájení.
Při instalaci takového zdroje můžete nejen určit negativní důsledky ztrát, ale také snížit náklady na platbu elektřiny. Odborníci prokázali, že UPS v průměru pomůže ušetřit od 20 % do 50 %. Proč se tohle děje:
- Zatížení výkonových transformátorů je výrazně sníženo;
- Dráty se méně zahřívají, to má nejen pozitivní vliv na jejich provoz, ale také zvyšuje bezpečnost;
- Signalizační a rádiová zařízení mají snížené rušení;
- Harmonické v elektrické síti jsou řádově sníženy.
V některých případech specialisté nepoužívají plnohodnotné UPS, ale speciální kompenzační kondenzátory. Jsou vhodné pro domácí použití, dostupné a prodávané v každém elektroprodejně. Pro výpočet plánovaných a přijatých úspor můžete použít všechny výše uvedené vzorce.
