In un circuito CA, ci sono due tipi di energia elettrica fornita al carico dall'alimentatore: una è la potenza attiva e l'altra è la potenza reattiva. La tensione e la corrente sono nella stessa fase, l'alimentatore fornisce energia al carico e il carico converte l'energia elettrica in altra energia, chiamata potenza attiva. La parte di tensione e corrente in diverse fasi, l'alimentazione e il carico scambiano energia elettrica. Questa parte (ad eccezione delle perdite di linea) dell'energia elettrica non viene convertita in altra energia (diversa da quella elettromagnetica), chiamata potenza reattiva.
Potenza attiva
La potenza attiva è la potenza elettrica necessaria per mantenere il normale funzionamento delle apparecchiature elettriche, ovvero la potenza elettrica che converte l'energia elettrica in altre forme di energia (energia meccanica, energia luminosa, energia termica). Ad esempio: un motore da 5,5 kilowatt converte 5,5 kilowatt di energia elettrica in energia meccanica per azionare una pompa dell'acqua per pompare l'acqua o una trebbiatrice per trebbiare i cereali; vari apparecchi di illuminazione convertono l'energia elettrica in energia luminosa per illuminare la vita e il lavoro delle persone. Il simbolo della potenza attiva è rappresentato da P e le unità includono watt (W), kilowatt (kW) e megawatt (MW).
Potenza attiva: In un circuito CA, il valore medio della potenza istantanea emessa dall'alimentatore in un ciclo (o la potenza consumata dalla resistenza di carico) è chiamato "potenza attiva". Una potenza attiva eccessiva e bassa comporta maggiori perdite di linea, capacità ridotta e utilizzo ridotto delle apparecchiature, con conseguente aumento dello spreco di energia elettrica.
Potenza reattiva
I carichi induttivi nella rete elettrica (come motori, induttanze, trasformatori, riscaldatori a induzione e saldatrici, ecc.) produrranno vari gradi di isteresi elettrica, che è la cosiddetta induttanza.
I carichi induttivi hanno una caratteristica tale che anche se la tensione applicata cambia direzione, l'isteresi del carico induttivo può comunque mantenere la direzione della corrente (ad esempio in avanti) per un periodo di tempo. Una volta che esiste questa differenza di fase tra corrente e tensione, la potenza negativa viene generata e reimmessa nella rete. Quando la corrente e la tensione sono di nuovo nella stessa fase, è necessaria la stessa quantità di energia elettrica per creare un campo magnetico nel carico induttivo. Questa energia elettrica inversa del campo magnetico è chiamata potenza reattiva.
Definizione: in un circuito con un induttore o un condensatore, in ogni semiciclo, l'energia dell'alimentatore viene convertita in energia del campo magnetico (o campo elettrico) e immagazzinata, quindi rilasciata, e l'energia del campo magnetico (o campo elettrico) immagazzinata viene rientrato nel circuito. L'alimentatore esegue solo questo scambio di energia e non consuma effettivamente energia. Chiamiamo il valore di potenza di questo scambio “potenza reattiva”.
La potenza reattiva è relativamente astratta. È l'energia elettrica utilizzata per scambiare campi elettrici e campi magnetici all'interno di un circuito e per stabilire e mantenere campi magnetici nelle apparecchiature elettriche. Non funziona esternamente, ma viene convertito in altre forme di energia. Qualsiasi apparecchiatura elettrica con bobine elettromagnetiche consuma energia reattiva per stabilire un campo magnetico. Ad esempio, una lampada fluorescente da 40-watt richiede più di 40 watt di potenza attiva (anche il reattore consuma parte della potenza attiva) per emettere luce e richiede anche circa 80 watt di potenza reattiva affinché la bobina del reattore possa creare un campo magnetico alternato. Poiché non svolge alcun lavoro esterno, è chiamato "reattivo". Il simbolo della potenza reattiva è rappresentato da Q e l'unità è Var (Var) o kVar (kVar).
Svantaggi di una potenza reattiva troppo elevata:
1) La potenza reattiva porterà ad un aumento della potenza attuale e apparente, con conseguente diminuzione della capacità del sistema;
2) L'aumento della potenza reattiva aumenterà la corrente totale, aumentando così le perdite di apparecchiature e linee;
3) La caduta di tensione della linea aumenta e anche l'impatto del carico reattivo causerà una violenta fluttuazione della tensione.
Dopo la messa in funzione delle apparecchiature elettriche induttive presenti nella rete di distribuzione, come trasformatori, motori, saldatrici, condizionatori, lavatrici, frigoriferi, lampade al sodio, lampade fluorescenti, ecc., queste non devono solo assorbire potenza attiva dall'alimentazione rete per il lavoro, ma assorbono anche energia inerte. La potenza di lavoro crea un campo magnetico, che si traduce in un fattore di potenza naturale generalmente basso per i clienti dell’energia elettrica. Il nostro Paese stabilisce standard di fattore di potenza che devono essere soddisfatti per il consumo di elettricità da parte dei clienti elettrici.
La potenza reattiva non è affatto una potenza inutile, ha grandi usi. Il motore deve stabilire e mantenere un campo magnetico rotante per ruotare il rotore, guidando così il movimento meccanico. Il campo magnetico del rotore del motore viene stabilito ottenendo potenza reattiva dalla fonte di alimentazione. I trasformatori richiedono anche potenza reattiva per generare un campo magnetico nella bobina primaria del trasformatore e indurre tensione nella bobina secondaria. Pertanto, senza potenza reattiva, il motore non ruoterà, il trasformatore non cambierà tensione e il contattore CA non si chiuderà. Per illustrare vividamente questo problema, ecco un esempio: la costruzione rurale per la tutela dell’acqua richiede scavi e trasporto del suolo. Quando si trasporta la terra, i cestini di bambù vengono riempiti di terra. La terra raccolta è come potenza attiva, e il cesto di bambù vuoto è come potenza reattiva. , I cestini di bambù non sono inutili. Come si può trasportare la terra sull'argine senza cesti di bambù?
In circostanze normali, le apparecchiature elettriche non solo necessitano di ottenere potenza attiva dalla fonte di alimentazione, ma devono anche ottenere potenza reattiva dalla fonte di alimentazione. Se la potenza reattiva nella rete elettrica scarseggia, le apparecchiature elettriche non avranno abbastanza potenza reattiva per stabilire un campo elettromagnetico normale. Quindi, queste apparecchiature elettriche non saranno in grado di mantenere il funzionamento nelle condizioni nominali e la tensione ai terminali delle apparecchiature elettriche diminuirà. Ciò influisce sul normale funzionamento delle apparecchiature elettriche.
La potenza reattiva ha alcuni effetti negativi sulla fornitura e sul consumo di energia elettrica, principalmente in:
(1) Ridurre la potenza attiva del generatore.
(2) Ridurre la capacità di alimentazione delle apparecchiature di trasmissione e trasformazione di potenza.
(3) Causa una maggiore perdita di tensione di linea e una maggiore perdita di potenza.
(4) Causa il funzionamento a basso fattore di potenza e la caduta di tensione, per cui la capacità delle apparecchiature elettriche non può essere completamente utilizzata.
La potenza reattiva fornita dai generatori e dalle linee di trasmissione ad alta tensione è lungi dal soddisfare le esigenze del carico. Pertanto, alcuni dispositivi di compensazione della potenza reattiva devono essere installati nella rete elettrica per integrare la potenza reattiva e garantire il fabbisogno di potenza reattiva degli utenti. In questo modo le apparecchiature elettriche possono funzionare solo alla tensione nominale. Questo è il motivo per cui la rete elettrica deve installare dispositivi di compensazione della potenza reattiva.
