Rozdíly mezi kVA a kW
Přenos energie w elektrickým obvodem (například po elektrickém vedení), disipace energie, tedy přechod elektromagnetické energie na tepelnou energii, jakož i další typy přeměny energie se vyznačují intenzitou, s jakou To znamená, kolik energie se přenese po lince za jednotku času, kolik energie se za jednotku času rozptýlí. Intenzita přenosu nebo přeměny energie se nazývá výkon p. To odpovídá matematické definici:
Výraz pro hodnotu okamžitého výkonu v elektrických obvodech má tvar:
Vezmeme-li počáteční fázi napětí jako nulu a fázový posun mezi napětím a proudem jako , získáme:
Okamžitý výkon má tedy konstantní složku a harmonickou složku, jejíž úhlová frekvence je 2x větší než úhlová frekvence napětí a proudu.
Když je okamžitý výkon záporný, a to je tento případ (viz obr. 1), když u a i jsou různého znaménka, tzn. když jsou směry napětí a proudu v síti se dvěma svorkami opačné, energie se vrací ze sítě se dvěma svorkami do zdroje energie.
K tomuto návratu energie do zdroje dochází díky tomu, že se energie periodicky ukládá v magnetických a elektrických polích indukčních a kapacitních prvků, které jsou součástí dvousvorkové sítě. Energie, kterou zdroj dává dvousvorkové síti za čas t, je rovna .
Průměrná hodnota okamžitého výkonu za určité období se nazývá činný výkon.
Vezmeme-li v úvahu, že z (3) získáme:
Činný výkon spotřebovaný pasivní dvoukoncovou sítí nemůže být záporný (jinak bude dvoukoncová síť generovat energii), tedy tzn. na vstupu pasivní dvoukoncové sítě. Případ P = 0 je teoreticky možný pro dvousvorkovou síť, která nemá aktivní odpory, ale obsahuje pouze ideální indukční a kapacitní prvky.
1. Rezistor (ideální aktivní odpor).
Zde je napětí a proud (viz obr. 2) ve fázi, takže výkon je vždy kladný, tzn. rezistor spotřebovává činný výkon
2. Induktor (ideální indukčnost)
Při ideální indukčnosti se proud zpožďuje za napětím ve fázi o . Proto v souladu s (3) můžeme psát .
Sekce 1-2: energie uložená v magnetickém poli cívky se zvyšuje.
Část 2-3: energie magnetického pole klesá a vrací se ke zdroji.
3. Kondenzátor (ideální kapacita)
Postupy pro ideální nádobu jsou podobné. Zde . Z (3) tedy vyplývá, že . V induktoru a kondenzátoru se tedy nespotřebovává žádný činný výkon (P = 0), protože v nich nedochází k nevratné přeměně energie na jiné druhy energie. Zde dochází pouze k cirkulaci energie: elektrická energie se uchovává v magnetickém poli cívky nebo v elektrickém poli kondenzátoru po čtvrt periody a během následující čtvrtiny se energie vrací do sítě. Z tohoto důvodu se induktor a kondenzátor nazývají reaktivní prvky a jejich odpory X L a X C, na rozdíl od aktivního odporu R rezistoru, se nazývají reaktivní.
Intenzita výměny energie je obvykle charakterizována nejvyšší hodnotou rychlosti energie vstupující do magnetického pole cívky nebo elektrického pole kondenzátoru, která se nazývá jalový výkon.
Obecně má výraz pro jalový výkon tvar:
Je kladná, když proud zpožďuje (indukční zátěž – ) a záporná, když proud vede (kapacitní zátěž – ). Jednotka výkonu aplikovaná na měření jalového výkonu se nazývá reaktivní voltampér (VAr).
Konkrétně pro induktor máme:
Z posledně uvedeného je vidět, že jalový výkon pro ideální induktor je úměrný frekvenci a maximální energetické rezervě v cívce. Podobně můžeme získat pro ideální kondenzátor:
Kromě pojmů činný a jalový výkon je v elektrotechnice široce používán pojem zdánlivý výkon:
Aktivní, reaktivní a zdánlivé síly jsou spojeny následujícím vztahem:
Poměr činného výkonu ke zdánlivému výkonu se nazývá účiník. Z výše uvedených vztahů je vidět, že účiník je roven kosinu úhlu posunu mezi proudem a napětím. Tak,
Aktivní, jalový a zdánlivý výkon lze určit pomocí komplexních obrazů napětí a proudu. Nechte , a . Pak celkový energetický komplex:
kde je komplex konjugovaný s komplexem .
Komplexní mocninu lze přiřadit mocninnému trojúhelníku (viz obr. 4). Rýže. 4 odpovídá (aktivní indukční zátěž), pro kterou máme:
Použití statických kondenzátorů pro zvýšení cos
Jak již bylo naznačeno, mezi zdrojem a spotřebičem cirkuluje jalový výkon. Jalový proud, aniž by vykonával užitečnou práci, vede k dalším ztrátám v energetickém zařízení a následně k nadhodnocení jeho instalovaného výkonu. V tomto ohledu je pochopitelná touha po zvýšení výkonových elektrických obvodů.
Je třeba poznamenat, že naprostá většina spotřebičů (elektromotory, elektrické pece, další různá zařízení a spotřebiče) jako zátěž jsou aktivního indukčního charakteru.
Pokud paralelně s takovou zátěží zapnete kondenzátor C (viz obr. 5), pak se celkový proud, jak je patrné z vektorového diagramu (obr. 6), blíží fázi napětí, tzn. se zvyšuje a celkový proud (a tedy i ztráty) při konstantním činném výkonu klesá. To je základ pro použití kondenzátorů ke zvýšení .
Jakou kapacitu C je třeba vzít, abychom zvýšili účiník z hodnoty na hodnotu?
Pojďme si to rozebrat na aktivní a reaktivní složky. Proud procházející kondenzátorem kompenzuje část jalové složky zátěžového proudu:
Z (11) a (12) s přihlédnutím k (10) máme
ale odkud se bere kapacita potřebná ke zvýšení:
Výkonová bilance je důsledkem zákona zachování energie a může sloužit jako kritérium správnosti výpočtu elektrického obvodu.
a) Stejnosměrný proud
Pro libovolný stejnosměrný obvod platí následující vztah:
Tato rovnice je matematickou formou zápisu výkonové bilance: celkový výkon generovaný zdroji elektrické energie se rovná celkovému výkonu spotřebovanému v obvodu.
Je třeba poznamenat, že na levé straně (14) mají pojmy znaménko „+“, protože činný výkon je rozptylován odpory. Na pravé straně (14) je součet členů větší než nula, ale jednotlivé členy zde mohou mít znaménko „-“, což znamená, že příslušné zdroje pracují v režimu spotřebičů energie (například nabíjení baterie ).
b) Střídavý proud.
Ze zákona zachování energie vyplývá, že součet všech dodaných činných výkonů se rovná součtu všech spotřebovaných činných výkonů, tzn.
V TOE je prokázáno (vzhledem k poněkud těžkopádnému charakteru derivace tento důkaz vynecháme), že rovnováha je zachována i u jalových výkonů:
kde znaménko „+“ odkazuje na indukční prvky, „-“ – na kapacitní.
Vynásobením (16) „j“ a sečtením výsledného výsledku s (15) dojdeme k analytickému vyjádření pro výkonovou bilanci v sinusových proudových obvodech (bez zohlednění vzájemné indukčnosti):
- Co je UPS
- Rozdíl mezi zdroji
- Jak vypočítat výkon
- Před zapnutím UPS
- Knihovna UPS
- Žádost o cenu UPS
„Jaký je rozdíl mezi kVA a kW?“ – tato otázka je jednou z nejoblíbenějších. Na to se často ptají kupující UPS. Prodejci UPS (kterým se tato otázka ve skutečnosti klade) na ni odpovídají různě a téměř vždy nesprávně. Zkusme zjistit, jak se počítá výkon v elektrickém obvodu.
Ve stejnosměrném obvodu je situace poměrně jednoduchá. Elektrický proud, přicházející ze zdroje stejnosměrného proudu do zátěže, v ní vytváří užitečnou (nebo zbytečnou) práci pohybem nábojů ve směru elektrického pole. Výpočet výkonu v takovém obvodu je velmi jednoduchý: musíte vynásobit proud úbytkem napětí na zátěži:
P[Watt] = I[Ampér] × U[Volt]
V obvodu střídavého proudu, se kterým se musíme vypořádat při zvažování provozu UPS, je to trochu jinak.
Pro střídavý proud je zaveden koncept okamžitého výkonu – jedná se o součin okamžitých hodnot proměnného napětí a proudu. Činný výkon (časově průměrný výkon uvolněný v zátěži) – měří se ve wattech – se rovná průměrné hodnotě okamžitého výkonu za dané období.
Pokud má napětí sinusový tvar a zátěž v obvodu je aktivní (nebo jinými slovy ohmická – například žárovky), pak se činný výkon rovná součinu efektivních hodnot napětí a proud. Tito. vypočítává se přibližně stejným způsobem jako výkon ve stejnosměrném obvodu:
P[Watt] = Urmy × Irms
Rýže. 1. Okamžitý výkon v obvodu střídavého proudu
- a) sinusový proud v
aktivní zátěž; - b) sinusový proud v
zatížení reaktivní složkou; - c) nesinusový proud.
Na obr.1. je vidět, že v tomto případě mají napětí a proud vždy stejné znaménko (stávají se současně kladnými i zápornými). Proto je okamžitý výkon vždy kladný. Fyzicky to znamená, že v každém daném okamžiku je do zátěže uvolněna energie. Jinými slovy, stejně jako ve stejnosměrném obvodu se náboje vždy pohybují ve směru elektrického pole.
Pokud má napětí a proud sinusový tvar, ale zátěž má kapacitní nebo indukční (jalovou) složku, pak proud vede nebo zpožďuje napětí ve fázi. V tomto případě se výkon uvolněný v zátěži sníží.
Obrázek b) ukazuje, že v důsledku fázového posunu mají v určitých okamžicích napětí a proud opačná znaménka. V tomto okamžiku se okamžitý výkon ukáže jako záporný a snižuje průměrný okamžitý výkon za dané období. Elektrotechnik řekne, že v těchto časech proud teče ze zátěže do zdroje proudu. Z pohledu fyzika se v těchto okamžicích pohybují náboje setrvačností proti silám elektrického pole.
Vzorec pro průměrný výkon za období pro případ zátěže s reaktivní složkou se mírně mění. Ukazuje účiník. Pro sinusové napětí a proud se číselně rovná „kosinus phi“ známému ze střední školy:
P[Watt] = Urms × Irms × Cos (fi).
Zde: fi je fázový úhel mezi napětím a proudem.
Součin efektivních hodnot napětí a proudu se nazývá zdánlivý výkon obvodu střídavého proudu a měří se ve voltampérech (VA). Zdánlivý výkon je vždy větší nebo roven činnému (rozloženému v zátěži) výkonu.
Pokud je zátěží počítač, pak je situace trochu složitější. Proud odebíraný počítačem má nesinusový tvar (viz obr. 30c). Výkon uvolněný v zátěži s touto proudovou formou je také menší než součin efektivních hodnot napětí a proudu. Na Obr. 30V je vidět, že při určitých hodnotách napětí (když je napětí nízké) počítač nespotřebovává proud. Okamžitý výkon v těchto okamžicích je nulový – zdá se, že napětí je „zbytečné“ bez práce.
Činný výkon (rozložený v zátěži) pro případ nelineární zátěže je vyjádřen vzorcem:
P[Watt] = Urms × Irms × K,
kde: K – účiník.
Proud zátěže „počítače“ je obvykle poněkud vyšší než napětí. Ale fázový posun je velmi malý (10-30 stupňů), takže účiník pro počítač není roven kosinu úhlu fázového posunu, ale mnohem menší.
Pokud spočítáme průměrný výkon spínaného zdroje za období a vydělíme jej součinem efektivních hodnot napětí a proudu, bude výsledný účiník přibližně roven 0.6-0.8.
Podle American Power Conversion je účiník 0.6 pro osobní počítače a 0.7 pro mini počítače. Faktor výkonu zátěže počítače souvisí s aktuálním činitelem výkyvu a dokonce i pro stejný spínaný zdroj závisí na tom, jak moc zdroj využívá svůj jmenovitý výkon. Pokud je tedy spínaný zdroj málo zatížen (je k němu připojeno málo spotřebitelů – diskové jednotky, procesory atd.), Faktor amplitudy se zvýší a účiník se sníží.
V závislosti na zařízení UPS závisí proud v různých místech jeho obvodu buď na činném výkonu zátěže (například proudu odebraném z baterií) nebo na jejím zdánlivém výkonu (například na proudu na výstupu UPS) . Výrobci UPS proto zpravidla uvádějí dvě hodnoty maximálního zátěžového výkonu, který lze k UPS připojit: zdánlivý výkon ve voltampérech a činný výkon ve wattech. V zásadě je v každém konkrétním případě (pro každou kombinaci UPS + zátěž) možné určit, který limit (ve wattech nebo voltampérech) je kritický. To však může provést pouze odborník, který ví, jak je UPS navržena a jak je navržena zátěž. Zde nelze uvést obecný recept – možností je příliš mnoho (různé typy a provedení UPS, různé fázové posuny a faktory amplitudy zatížení atd.). Při výběru UPS tedy musí kupující jednoduše zohlednit obě omezení. Tito. jak činný, tak zdánlivý výkon jeho zařízení musí být nižší než maximální hodnoty deklarované výrobcem UPS. Obvykle si pro spolehlivý provoz UPS berou i rezervu cca 30%.
TATO POZICE JE VOLNÁ POUZE NA PŘEDOBJEDNÁVKU.
ZAVOLEJTE NÁM/POSMLUJTE NÁM NEBO ZANECHTE ŽÁDOST O ZPĚTNÉ ZAVOLÁNÍ.