Name: reducing reactive power in ac loads
Uploaded: 2024-07-08T13:19:54.000Z
Duration: 1 min 20 s
Channel: JoVE

Передача мощности на завод включает в себя передачу как активной, так и реактивной мощности. Отношение активной и общей мощности определяет коэффициент мощности.
Низкий коэффициент мощности означает, что индуктивная электрическая нагрузка поглощает больше реактивной мощности, что приводит к низкому коэффициенту запаздывания. Это приводит к большим перепадам напряжения на нагрузке и тепловым потерям, увеличению затрат на электроэнергию и снижению эффективности системы.
Коэффициент мощности может быть улучшен путем добавления компенсирующего импеданса, такого как самонастраивающиеся конденсаторы, параллельные нагрузке. Такой подход максимально приближает фактор мощности к единице.
Эффект от добавления конденсатора можно продемонстрировать с помощью треугольника мощности. Исследуя треугольник мощности исходной цепи, можно определить действительную и реактивную мощность.
Добавление емкостной нагрузки уменьшает угол коэффициента мощности без изменения реальной мощности. Из нового треугольника вычисляется значение скорректированной реактивной мощности.
Это снижение реактивной мощности является результатом шунтирующей емкости. При повторном рассмотрении выражений реактивной мощности определяется значение шунтирующего конденсатора.

Коррекция коэффициента мощности

Передача энергии на производящее предприятие включает передачу полной мощности, комбинации активной и реактивной мощности. Коэффициент мощности измеряет, насколько эффективно электрическая мощность преобразуется в полезную работу. Отношение активной мощности (кВт), выполняющей работу, к полной мощности (кВА), подаваемой в цепь.
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/15123/15123_Equation_1.svg" style="height: 30px;">
Низкий коэффициент мощности означает, что индуктивная электрическая нагрузка поглощает больше реактивной мощности, что приводит к низкому коэффициенту запаздывания мощности. Это приводит к большим падениям напряжения на нагрузке и тепловым потерям, увеличению затрат на электроэнергию и снижению эффективности системы. Коррекция коэффициента мощности осуществляется путем приближения коэффициента мощности к единице для получения эффективной системы. Коэффициент мощности можно улучшить, добавив компенсирующий импеданс, например самонастраивающиеся конденсаторы, параллельно нагрузке. Эффект от добавления конденсатора можно продемонстрировать с помощью треугольника мощности, поскольку активную и реактивную мощность можно проанализировать, исследуя треугольник мощности.
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/15123/15123_Figure_1.svg" style="height: 150px;">
Емкостная нагрузка добавляется последовательно или параллельно, а угол коэффициента мощности уменьшается без изменения реальной мощности. Значение коэффициента мощности корректируется. Последовательные конденсаторы используются для коррекции коэффициента мощности в длинных линиях передачи. Последовательно соединенные конденсаторы противодействуют индуктивной природе линии, обеспечивая опережающий ток, который может нейтрализовать часть отстающей реактивной мощности, в результате улучшая коэффициент мощности. Шунтирующие конденсаторы наиболее широко используются для коррекции коэффициента мощности. Конденсаторы подключаются параллельно нагрузке и обеспечивают опережающий ток, который компенсирует запаздывающий реактивный ток, вызванный индуктивными нагрузками. Это приближает общий коэффициент мощности к единице. Противодействуя индуктивным эффектам, шунтирующие конденсаторы могут уменьшить количество реактивной мощности, потребляемой от источника питания, делая систему более эффективной.

Передача мощности на завод включает в себя передачу как активной, так и реактивной мощности. Отношение активной и общей мощности определяет коэффициент мощности.
...

Education

JoVE Core

Electrical Engineering

Электротехника

Unit 1

Раздел 1

AC Steady State Power

Мощность переменного тока в установившемся режиме

KEY TERMS AND CONCEPTS

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ

Power Factor Correction

reducing reactive power in ac loads

Power factor correction helps AC systems use electrical power more efficiently. In a factory circuit, transmitted power includes apparent power, which is made of active power and reactive power. Power factor is the ratio of real power, measured in kW, to apparent power, measured in kVA. It shows how much of the supplied power becomes useful work.

A low power factor often happens when an inductive load draws too much reactive power. This creates a lagging power factor. It can also cause large voltage drops across the load and thermal losses. As a result, electricity costs rise and system efficiency falls.

Power factor is improved by moving the value closer to unity. One way to do this is to add a compensating impedance, such as self-tuning capacitors, in parallel with the load. The change can be shown with the power triangle, where real power and reactive power are compared. A capacitive load can also be added in series or parallel, which lowers the power factor angle without changing the real power.

Series capacitors are used for power factor correction in long transmission lines. They counteract the inductive nature of the line by supplying a leading current that helps neutralize some of the lagging reactive power. Shunt capacitors are the most widely used option. They are connected in parallel with the load and provide a leading current that offsets the lagging reactive current from inductive loads. This brings the overall power factor closer to unity and reduces the reactive power drawn from the supply.

Reducing Reactive Power in AC Loads

instantaneous power

AC Power and Phase Shift

Instantaneous power in an electrical circuit comes from the voltage across an element and the current through it. It is written as p(t) and follows the passive sign convention. For sinusoidal input, this product helps show how power changes at each moment. When instantaneous power is expanded, it has two parts. One part is constant and depends on the phase difference between voltage and current. The other part is a sinusoidal term that varies at twice the frequency of the voltage or current. <br...

average power

Power Consumption in AC Circuits

Power consumption in AC circuits is often described with average power. In practical electrical work, the changing value of instantaneous power is less useful than the average over a time period. Average power is found by integrating instantaneous power over that time and then dividing by the duration. The time-domain expression for average power comes from simplifying the equation for instantaneous power. In that form, one cosine term averages to zero over a complete cycle. The result does...

effective value of a periodic waveform

RMS Value for AC Power Measurement

The RMS value, or effective value, helps measure how much power a periodic voltage or current can deliver. It is the direct current, or DC, value that gives the same average power to a resistor as the periodic signal does. This idea is especially important in AC circuits. To find the effective value of current, calculate the root mean square, or RMS, current. First square the instantaneous current values over one period. Then find the mean of those squared values and take the square root. The...

complex power

Power Triangle in AC Circuits

Power triangle and complex power help describe how an AC load uses energy. Engineers use complex power to capture the combined effect of parallel loads. It gives a full picture of the power consumed by a specific load. Complex power is found by multiplying voltage by the complex conjugate of current. Using rms values, it is written with the rms voltage phasor and the complex conjugate of the rms current phasor. It can also be written in terms of load impedance. The magnitude of complex power...

conservation of ac power

AC Power in Series and Parallel Circuits

AC power in series and parallel circuits follows a power preservation rule. In AC circuits, the complex power, real power, and reactive power produced by the source are equal to the total complex, real, and reactive powers absorbed by the loads. When two load impedances are connected in parallel to an AC source V, the source power can be written as the sum of the complex powers delivered to loads Z1 and Z2. If those same loads are connected in series with the voltage source, the complex power...

power factor

Power Factor and AC Load Behavior

Power factor describes how voltage and current behave in an AC load. It is the ratio of average, or active, power to apparent power. The power factor angle is the phase difference between voltage and current, and the cosine of that angle gives the power factor. It also matches the angle of the load impedance. Power factor shows how much apparent power becomes real, or average, power. Its value ranges from zero to one. When a load is purely resistive, voltage and current are in phase. In that...

power factor correction

Power factor correction helps AC systems use electrical power more efficiently. In a factory circuit, transmitted power includes apparent power, which is made of active power and reactive power. Power factor is the ratio of real power, measured in kW, to apparent power, measured in kVA. It shows how much of the supplied power becomes useful work. A low power factor often happens when an inductive load draws too much reactive power. This creates a lagging power factor. It can also cause large...

the power superposition principle

Power from Multiple AC Sources

Power from multiple AC sources is found by adding the effects of each source separately. In a circuit with two sinusoidal voltage sources, each source acts independently. The superposition principle says the total current is the sum of the currents produced by each source alone. If those currents are labeled i1 and i2, they combine to give the total current. Instantaneous power is the power at one moment in time. In this circuit, it equals the square of the instantaneous current times the...

the maximum power transfer theorem

Matching Load Impedance for Maximum Power

Maximum power transfer in an AC circuit depends on matching the load impedance to the Thevenin equivalent of the source network. The load draws current, and the circuit delivers power to that load. To analyze the current, the voltages, currents, network impedance, and load impedance are written in rectangular form. The average power delivered to the load comes from the square of the current multiplied by the load resistance. To find the condition for maximum power, the power is differentiated...

key terms and concepts

Learn how power factor correction improves AC efficiency by reducing reactive power, lowering voltage drops, and using series or shunt capacitors.

Reducing Reactive Power in AC Loads | JoVE K12

JoVE Core Electrical Engineering offers easy-to-understand animated videos that cover fundamental concepts of electric circuits along with circuit analysis techniques. It incorporates first-order and second-order circuits using operational amplifiers and circuit transformation concepts. The inclusion of practical design examples and real-world applications through scientist-in-action videos adds significant educational value, making complex concepts accessible.

electrical engineering

Reducing Reactive Power in AC Loads

Description

Transcript