AC 전원 공급 장치 및 전력 손실

활성 저항만 있는 회로의 전력을 유효 전력 P라고 합니다. 일반적으로 다음 공식 중 하나를 사용하여 계산됩니다.

유효 전력은 현재 에너지의 돌이킬 수 없는(돌이킬 수 없는) 소비를 특징으로 합니다.

사슬에서 교류 복구할 수 없는 에너지 손실을 일으키는 원인은 DC 회로보다 더 많습니다. 이러한 이유는 다음과 같습니다.

1. 전류로 와이어 가열… 직류의 경우 가열은 거의 유일한 에너지 손실 형태입니다. 그리고 직류와 값이 같은 교류의 경우 표면 효과로 인한 전선의 저항 증가로 인해 전선을 가열하기 위한 에너지 손실이 더 큽니다. 더 높이 현재 주파수, 더 많은 영향을 미칩니다 표면 효과 와이어 가열에 대한 더 큰 손실.

2. 푸코 전류라고도 하는 와전류 생성 손실… 이 전류는 교류에 의해 생성된 자기장에서 모든 금속 몸체에 유도됩니다. 행동에서 맴돌이 전류 금속 몸체가 가열됩니다.강철 코어에서 특히 상당한 와전류 손실이 관찰될 수 있습니다. 맴돌이 전류를 생성하는 에너지 손실은 주파수가 증가함에 따라 증가합니다.

맴돌이 전류 - 대규모 코어, b - 라멜라 코어

3. 자기 히스테리시스 손실... 교류 자기장의 영향으로 강자성 코어가 재자화됩니다. 이 경우 코어 입자의 상호 마찰이 발생하여 코어가 가열됩니다. 주파수가 증가함에 따라 자기 히스테리시스 성장하고 있습니다.

4. 고체 또는 액체 유전체의 손실... 이러한 유전체에서 교류 전기장은 원인이 됩니다. 분자의 분극화즉, 값은 같지만 부호가 다른 분자의 반대쪽에 전하가 나타납니다. 편광 분자는 장의 작용에 따라 회전하고 상호 마찰을 경험합니다. 이로 인해 유전체가 가열됩니다. 주파수가 증가함에 따라 손실이 증가합니다.

5. 절연 누설 손실… 사용된 절연 물질은 이상적인 유전체가 아니며 누설 누설이 관찰됩니다. 즉, 절연 저항은 매우 높지만 무한대가 아닙니다. 이러한 유형의 손실은 직류에도 존재합니다. 고전압에서는 전하가 와이어 주변의 공기로 흐를 수도 있습니다.

6. 전자파 방사로 인한 손실… 모든 AC 케이블 전자파를 방출한다, 주파수가 증가함에 따라 방출되는 파동의 에너지는 급격히 증가합니다(주파수의 제곱에 비례).전자파는 비가역적으로 도체를 떠나므로 파동 방출을 위한 에너지 소비는 일부 능동 저항의 손실과 동일합니다. 무선 송신기 안테나에서 이러한 유형의 손실은 유용한 에너지 손실입니다.

7. 다른 회로로의 전력 전송 손실... 결과적으로 전자기 유도 현상 일부 AC 전원은 한 회로에서 근처에 있는 다른 회로로 전송됩니다. 변압기와 같은 일부 경우에는 이러한 에너지 전달이 유리합니다.

AC 회로의 활성 저항은 나열된 모든 유형의 복구 불가능한 에너지 손실을 고려합니다. 직렬 회로의 경우 활성 저항을 유효 전력의 비율, 모든 손실의 강도를 제곱으로 정의할 수 있습니다. 현재:

따라서 주어진 전류에 대해 회로의 활성 저항이 클수록 유효 전력이 커집니다. 즉, 총 에너지 손실이 커집니다.

유도 저항이있는 회로 섹션의 전력을 무효 전력 큐... 그것은 무효 에너지, 즉 회복 불가능하게 소비되지 않고 자기장에 일시적으로 만 저장되는 에너지를 특징으로합니다. 유효 전력과 구별하기 위해 무효 전력은 와트가 아니라 무효 볼트 암페어로 측정됩니다. (var 또는 var)... 이와 관련하여 이전에는 무수라고 불렀습니다.

무효 전력은 다음 공식 중 하나로 결정됩니다.

여기서 UL은 유도 저항 xL이 있는 섹션의 전압입니다. I는 이 섹션의 전류입니다.

능동 및 유도 저항이 있는 직렬 회로의 경우 총 전력 S의 개념이 도입됩니다... 총 회로 전압 U와 전류 I의 곱에 의해 결정되며 볼트 암페어(VA 또는 VA)로 표시됩니다.

활성 저항이 있는 섹션의 전력은 위 공식 중 하나 또는 다음 공식으로 계산됩니다.

여기서 φ는 전압 U와 전류 I 사이의 위상각입니다.

cosφ의 계수는 역률… «코사인 파이»… 역률은 총 전력 중 유효 전력이 얼마인지 보여줍니다.

cosφ의 값은 능동 저항과 반응 저항 사이의 비율에 따라 0에서 1까지 다양할 수 있습니다. 회로에 하나만 있는 경우 반동, φ = 90 °, cosφ = 0, P = 0이고 회로의 전력은 순전히 반응성입니다. 활성 저항만 있는 경우 φ = 0, cosφ = 1 및 P = S, 즉 회로의 모든 전력이 순전히 활성화됩니다.

cosφ가 낮을수록 피상 전력의 유효 전력 점유율이 작아지고 무효 전력이 높아집니다. 그러나 전류의 작용, 즉 전류의 에너지를 다른 유형의 에너지로 전환하는 것은 유효 전력으로만 특징지어집니다. 무효 전력은 발전기와 회로의 무효 부분 사이에서 변동하는 에너지를 특징으로 합니다.

전기 그리드의 경우 쓸모없고 해롭습니다. 무선 공학에서 무효 전력은 많은 경우에 필요하고 유용하다는 점에 유의해야 합니다. 예를 들어, 무선 공학에서 널리 사용되고 전기 진동을 생성하는 데 사용되는 진동 회로에서 이러한 진동의 강도는 거의 순전히 반응성입니다.
벡터 다이어그램은 cosφ를 변경하면 전력이 변경되지 않은 상태에서 수신기 전류 I가 어떻게 변경되는지 보여줍니다.

정전력 및 다양한 역률에서 수신기 전류의 벡터 다이어그램

보시다시피 역률 cosφ는 교류 EMF 발전기에 의해 개발된 총 전력의 활용도를 나타내는 중요한 지표입니다. cosφ <1에서 발전기는 생성해야 한다는 사실에 특별한 주의를 기울일 필요가 있습니다. 곱이 유효 전력보다 큰 전압 및 전류. 예를 들어 전기 네트워크의 유효 전력이 1000kW이고 cosφ = 0.8이면 피상 전력은 다음과 같습니다.

이 경우 유효 전력은 100kV의 전압과 10A의 전류에서 얻는다고 가정합니다. 그러나 피상 전력이 되기 위해서는 발전기가 125kV의 전압을 생성해야 합니다.

더 높은 전압을 위해 발전기를 사용하는 것이 불리하고, 또한 더 높은 전압에서는 누설 증가 또는 손상 발생을 방지하기 위해 전선의 절연을 개선해야 할 필요가 있음이 분명합니다. 이것은 전력망의 가격 상승으로 이어질 것입니다.

무효 전력의 존재로 인해 발전기 전압을 증가시켜야 할 필요성은 능동 및 무효 저항이 있는 직렬 회로의 특징입니다. 활성 및 무효 분기가 있는 병렬 회로가 있는 경우 발전기는 단일 활성 저항에 필요한 것보다 더 많은 전류를 생성해야 합니다. 즉, 발전기에 추가 무효 전류가 부하됩니다.

예를 들어 위의 값 P = 1000kW, cosφ = 0.8 및 S = 1250kVA의 경우 병렬로 연결될 때 발전기는 10A가 아닌 100kV의 전압에서 12.5A의 전류를 제공해야 합니다. .이 경우 발전기는 더 큰 전류를 위해 설계되어야 할 뿐만 아니라 이 전류가 전달될 전선의 두께를 더 두껍게 해야 하므로 라인당 비용도 증가합니다. 라인과 발전기 권선에 10A의 전류를 위해 설계된 와이어가 있으면 12.5A의 전류가 이러한 와이어의 가열을 증가시킬 것임이 분명합니다.

따라서, 비록 추가 무효 전류 무효 에너지를 발전기에서 무효 부하로 또는 그 반대로 전달하지만 전선의 활성 저항으로 인해 불필요한 에너지 손실이 발생합니다.

기존 전기 네트워크에서 반응성 저항이 있는 섹션은 능동 저항이 있는 섹션과 직렬 및 병렬로 연결될 수 있습니다. 따라서 발전기는 유용한 유효 전력 외에 무효 전력을 생성하기 위해 증가된 전압과 증가된 전류를 개발해야 합니다.

말한 내용으로 볼 때 전기화에 얼마나 중요한지 분명합니다. cosφ 값 증가… 감소는 전기 네트워크에 무효 부하가 포함되어 발생합니다. 예를 들어, 유휴 상태이거나 완전히 로드되지 않은 전기 모터 또는 변압기는 권선 인덕턴스가 상대적으로 높기 때문에 상당한 무효 부하를 생성합니다. cosφ를 높이려면 모터와 변압기가 전부하에서 작동하는 것이 중요합니다. 그것은 존재한다 cosφ를 증가시키는 몇 가지 방법.

결론적으로 우리는 세 가지 힘이 모두 다음 관계로 상호 연결되어 있음을 주목합니다.

즉, 피상 전력은 유효 전력과 무효 전력의 산술 합이 아닙니다.거듭제곱 S는 거듭제곱 P와 Q의 기하합이라고 말하는 것이 일반적입니다.

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