Опубликовано

Активная реактивная энергия

Вступление

В электрической сети совершаются гармонические и синфазные (!) колебания тока и напряжения с частотой 50 Гц. При этом ток и напряжение совпадают по фазе. В этом может убедиться каждый желающий, подключив через шунт 0,5 Ом к сети активную нагрузку (например, лампу накаливания) и подключив к ним осциллограф (соблюдая технику безопасности). Для этой цели лучше использовать сетевой разделительный трансформатор 220 на 220 В. Вначале нужно найти и пометить в розетке фазный и нулевой провод. Как на активной нагрузке будут выглядеть вместе колебания тока и напряжения, показано на Рис.1

Рис.1

Но если ко вторичной обмотке трансформатора подключить реактивную нагрузку в виде конденсатора, то колебания тока и напряжения будут сдвинуты относительно друг друга по фазе на 90º. Всё это можно проверить тем же способом, что и с активной нагрузкой, подключив осциллограф к шунту и к конденсатору. Осциллограммы тока и напряжения для этого случая приведены ниже на Рис.2

Рис.2

Подключение в качестве реактивной нагрузки катушки индуктивности приведёт к обратному явлению. В качестве индуктивности можно использовать первичную обмотку любого силового трансформатора. В цепи такой обмотки колебания тока по фазе будут отставать от колебаний напряжения на 90º.

Если у этого сетевого трансформатора есть вторичная обмотка (хорошо, если она будет на 12÷20 Вольт), то мы всегда можем собрать колебательный контур, состоящий из вторичной обмотки данного сетевого трансформатора и конденсатора, чтобы резонансная частота полученного колебательного контура совпала с частотой колебаний в сети (50 Гц).

Настройку колебательного контура лучше выполнить практически, а не по расчётам, чтобы убедиться в том, что данный колебательный контур действительно находится в резонансе с колебаниями сети. Для этого понадобится низкоомный амперметр. Если в хозяйстве нет амперметра на 20÷100 ампер, то можно в разрыв колебательного контура включить шунт сопротивлением приблизительно 0,05 Ом, подключить к нему осциллограф и установить величину реактивного тока в этом колебательном контуре. Значение реактивного тока в колебательном контуре может достигать десятков ампер. Затем, подключая параллельно к основному конденсатору любой конденсатор небольшой емкости, надо наблюдать, что происходит с амплитудой колебания тока в контуре. Если ток продолжает возрастать, то добавляем следующий конденсатор, пока ток в контуре не начнёт убывать. После чего удаляем этот последний конденсатор, измеряем общую ёмкость всех конденсаторов и заменяем их одним или двумя конденсаторами с мощными выводами, рассчитанными на большой реактивный ток.

Напомню о технике безопасности при работе с конденсаторами. Имея дело с полярными конденсаторами, помните, что их нельзя поодиночке включать в цепь переменного тока, а только парами, при условии, что они соединены последовательно и встречно. Это означает, что плюсовой вывод одного конденсатора нужно подключать к плюсовому выводу другого конденсатора или наоборот – соединять их вместе минусовыми выводами. Такие пары конденсаторов уже можно включать в цепь переменного тока, важно лишь, чтобы рабочее напряжение не превышало их паспортное значение.

Второй важный момент заключается в том, что надо следить за нагревом конденсаторов. Если нет возможности приобрести конденсаторы, рассчитанные на большую реактивную мощность (измеряемую в кВАр-ах), то допускается подключение конденсаторов, не рассчитанных на большой реактивный ток, но только на короткое время, при условии, что мы будем следить за их тепловым режимом и не допускать перегрева конденсаторов, что чревато их взрывом. Допускается нагрев до 60÷85º и более, в зависимости от типа конкретного конденсатора.

Итак, при подключенном к вторичной обмотке нашего сетевого трансформатора реактивном элементе — конденсаторе, ток и напряжение в колебательном контуре окажутся сдвинутыми по фазе почти на 900, при условии, конечно, что сечение провода вторичной обмотки и реактивная мощность конденсатора окажутся приличными. Интересно отметить одну важную деталь. Наш трансформатор не только не заметит подключение такого настроенного конденсатора, но и ток его потребления от сети значительно снизится. Об этом я скажу в конце этой работы.

Но, если вместо конденсатора к вторичной обмотке этого же трансформатора подключить активную нагрузку (например, лампочку накаливания), то напряжение и ток снова будут стремиться стать синфазными (сдвиг фаз между их колебаниями будет стремиться к нулю). При этом ток потребления трансформатора немедленно повысится, в соответствии с величиной мощности подключенной активной нагрузки.

При подключении активной нагрузки к вторичной обмотке, сердечник трансформатора намагничивается пропорционально величине тока в нагрузке, а при коротком замыкании вторичной обмотки он может войти в насыщение. При насыщении сердечника трансформатора его магнитные свойства резко снижаются, в результате индуктивность первичной обмотки резко снижается, что сопровождается резким возрастанием тока в первичной обмотке трансформатора и, соответственно, возрастает потребляемая трансформатором от сети мощность. Но реактивные элементы (катушки и конденсаторы), подключаемые параллельно вторичной обмотке трансформатора и настроенные в резонанс с колебаниями в сети, такого эффекта не вызывают (!), несмотря на то, что в цепи колебательного контура вторичной обмотки реактивные токи будут достигать десятков ампер! Возникает интересный вопрос: а можно ли как-то использовать свободные реактивные мощности, достигающие в колебательных контурах огромных значений?

Я не стану рассматривать здесь все виды нагрузок. Кому надо, сами найдёте нужную вам информацию в книгах или в Интернете. А здесь пойдёт речь о возможности аккумулирования и использовании реактивной энергии, свободно гуляющей по колебательному контуру.

А что если в момент, когда напряжение во вторичной обмотке равно нулю, подключить к ней через диод конденсатор и в течение первой четверти периода его заряжать, при условии, что данный конденсатор и вторичная обмотка трансформатора составляют колебательный контур с резонансной частотой 50 Гц? Следовательно, зарядить конденсатор нужно успеть за 20/4=5ms, то есть за первую четверть одного периода колебания (50 Гц).

Если конденсатор зарядится, то, когда напряжение в контуре достигнет максимального значения, нужно отключить конденсатор от вторичной обмотки, так как он больше не сможет зарядиться, а затем разрядить его на активную нагрузку в течение второй четверти периода длительностью 5 ms.

Если этот опыт удастся, то мы можем надеяться, что когда-нибудь сможем научиться использовать свободно гуляющую реактивную мощность в практических целях.

>Схема опыта Рис.3 Фото 1
Общий вид установки

Опыт

Данный опыт можно провести 1000-ю и 1-м способом, в зависимости от того, что в данный момент окажется у нас под рукой.

Мной для проверки этой идеи была собрана установка, показанная ниже на фото 1. Слева силовой трансформатор ТС-180. Видны два электролитических конденсатора ёмкостью по 2000 µF на 63 Вольта, соединенных встречно и последовательно. Напомню, что эти конденсаторы вместе с вторичной обмоткой трансформатора образуют колебательный контур 50 Гц. Они будут заряжаться свободной реактивной энергией и затем разряжаться на нагрузку. К ним подключена лампа накаливания 12 В, которая светится на краю стола. В центре на фото 1 виден силовой ключ р-п-р на радиаторе. Справа находятся пиковый детектор, детектор нуля и тиристор (их пока не видно).

Фото 2
Общий вид установки

Диод на трансформаторе служит для выделения одного полупериода для детектора нуля. Видно, что электролитические конденсаторы подключены к 10-му выводу вторичной обмотки трансформатора. Вторичная обмотка у всех трансформаторов такого типа состоит из двух половин, намотанных на двух катушках.

Задачей опыта является выделение первой четверти каждого периода колебания напряжения частотой 50 Гц. Когда начинается рост напряжения, происходит заряд конденсатора. Когда напряжение в контуре достигает пикового значения, транзисторный ключ закрывается и отпирается тиристорный, через который и происходит разряд его на лампу накаливания.

В схеме есть два силовых ключа – на транзисторе S1 и на тиристоре S2. Транзисторный ключ отпирается детектором нуля, а тиристорный ключ отпирается пиковым детектором. С помощью транзисторного ключа S1 производится заряд конденсатора, а через тиристорный ключ S2 происходит разряд конденсатора на активную нагрузку.

Фото 3

На фото 3 показана схема – «детектора нуля» на ТТЛ-логике для выделения управляющего сигнала ключом S1, представляющая собой два триггера Шмидта на логике 2И-НЕ, из того, что оказалось под рукой.

Рядом на фото показана работа детектора нуля. Видно, что эта схема выделяет первую четверть периода синусоиды, и формирует импульс обратной полярности. Крупным планом показана синусоида, представляющая собой колебания напряжения в сети на фоне прямоугольных импульсов, отмечающих моменты перехода синусоиды напряжения через нуль. Результативным является только один фронт, который на фото совпадает с началом роста положительного значения напряжения. Этим фронтом и отпирается силовой ключ S1 и от вторичной обмотки силового трансформатора ТР1 через диод D1 заряжается конденсатор С1.

Для наблюдения за сигналами напряжения был использован двухканальный осциллограф. Один его канал подключен непосредственно к вторичной обмотке напряжения трансформатора для наблюдения за формой сигнала напряжения в сети. Синхронизация осциллографа осуществлялась этим же сигналом. Второй канал осциллографа по мере необходимости подключался то к базе силового ключа S1, то к нагрузке – лампе накаливания (ЛН1).

В начале первого периода (когда в цепи вторичной обмотки напряжение равно нулю, а ток максимален), конденсатор подключается к цепи заряда, состоящей из вторичной обмотки Тр1 и диода D1. После этого напряжение во вторичной обмотке начинает возрастать до максимального значения, заряжая при этом конденсатор. Ключ S2 в это время закрыт.

Когда заканчивается первая четверть периода (в момент, когда в цепи вторичной обмотки, достигнут минимум тока и максимум напряжения), срабатывает пиковый детектор, который запирает транзисторный ключ S1 и отпирает тиристорный ключ S2, через который конденсатор соединяется с активной нагрузкой в виде лампы накаливания и на неё разряжается. Далее цикл повторяется снова. Таким образом, активная нагрузка оказывается всё время отключенной от трансформатора.

Фото 4 Фото 5

На фото 4 показан транзисторный р-п-р силовой ключ S1 – собранный по схеме Дарлингтона. На фото 5 представлена осциллограмма его работы. Здесь осциллограф подключен к базе ключа S1. На осциллограмме отчётливо виден сдвиг тока и напряжения по фазе в цепи транзистора. Синусоида крупным планом – это напряжение на вторичной обмотке трансформатора. Ломанная полусинусоида – это полупериод тока, пропущенный диодом, который затем рвётся открывающимся прямоугольным импульсом силовым ключом S1 в момент прохождения синусоидой нуля напряжения. Здесь это хорошо видно.

Фото 7

На фото 7 представлен 4-х канальный пиковый детектор, для управления ключом S2, функцию которого выполняет тиристор. Используется только один его канал.

Фото 8 Фото 9

На фото 8 показан тиристорный силовой ключ S2, установленный на медном радиаторе, управляющий электрод которого подключен к пиковому детектору.

На фото 9 представлена осциллограмма работы тиристорного ключа S2. Видно, что как только заканчивается первая четверть периода, представленная горизонтальной линией, завершается зарядка конденсатора С1, после чего силовой ключ S1 закрывается и конденсатор С1 оказывается отключённым от цепи заряда. В это же время к конденсатору через тиристорный ключ S2 подключается нагрузка в виде лампочки накаливания ЛН1, на которую он разряжается. Процесс заряда представлен на осциллограмме в виде перевёрнутой экспоненты.

В работе схемы, конечно, есть недостаток в виде несоответствия величины заряда конденсатора и подключаемой к нему нагрузки. Это выражается в том, что экспонента разряда конденсатора к концу второй четверти не успевает полностью достичь нуля, что означает неполный разряд конденсатора, а это несколько ухудшает экономические показатели работы схемы.

Фото 10

На фото 10 показаны два встречно включенных электролитических конденсатора ёмкостью 1000 мкФ каждый (вся силовая часть схемы питается без выпрямителя, непосредственно переменным током).

Ниже на фото 11 показан тестер, фиксирующий величину тока потребления нашего трансформатора от сети в режиме холостого хода (то есть, когда от трансформатора отключены все элементы схемы).

Фото 11

Ток потребления холостого хода трансформатора составляет 80 мА. Ничего не поделаешь – такое качество было у советских телевизоров!

Фото 12 Фото 13

На фото 12 показан ток потребления этого же трансформатора, но уже под нагрузкой. Я уже говорил, что нагрузкой трансформатора является лампа накаливания. Мной было измерено в это время напряжение на лампе и ток. Они составили 4,8В и 0,9А соответственно, а потребляемая лампой мощность составляет 4,32 Вт.

Итак, лампа накаливания является активной нагрузкой и конкретно потребляет 4,3 Ватта. Но силовой трансформатор не только не замечает эту мощность, но и снижает ток потребления, по сравнению с током холостого хода. Это свидетельствует о возврате обратно в сеть части неиспользованной нами реактивной мощности!

Вывод: Цитата из упомянутого выше учебника по электротехнике не соответствует действительности. Важно отметить, что прокладывая в головах людей глубокую колею, выпускники этих учебных заведений уже больше не будут ни о чём другом помышлять и перечить «официальной науке». При этом, чем лучше была их успеваемость, тем глубже оказалась колея. Да и сами авторы многих книг и учебников, похоже, стали подобно трамваям ездить только по хорошо уложенным в учебных заведениях железным путям. Свернуть в сторону – для них это уже катастрофа. Все видели, когда трамвай сходит с рельсов?

В представленной работе на опыте доказано, что свободную реактивную энергию можно аккумулировать и затем успешно использовать для практических нужд. Кстати, для этого вовсе не обязательно использовать сеть 50 Гц. Подойдут и стоячие волны.

Да, у нас остались ещё неиспользованные резервы в виде:

  1. точной подгонки всех номиналов используемых реактивных элементов;
  2. оптимизации их совместной работы (увеличения тока, напряжения, сечения проводов и т.д.);
  3. использования энергетических возможностей – третьей и четвёртой четверти второго полупериода колебания сети, аналогичного первого полупериода.
    1. Другими словами величина мощности в этой установке может быть увеличена почти в два раза только за счёт добавки в электрической схеме.

      Надо понимать, что в данной работе представлен всего лишь один из великого множества способов захвата и практического использования свободной реактивной энергии.

Возможности компенсации реактивной энергии в быту с помощью Saving Box

Рекламные трюки продавцов бытовой техники для экономии электроэнергии

Навязчивая реклама в интернете и даже на государственных каналах телевидения через телемагазин настойчиво предлагает населению устройство для экономии электроэнергии в виде «новинок» электронной промышленности. Пенсионерам предоставляется скидка 50 % от общей стоимости.

«Saving Box» — так называется один из предлагаемых приборов. О них уже писалось в статье «Приборы для экономии электроэнергии: миф или реальность?». Пришла пора продолжить тему на примере конкретной модели, объяснив более подробно:

  • что такое реактивное сопротивление;

  • каким образом создается активная и реактивная мощность;

  • как осуществляется компенсация реактивной мощности;

  • на основе чего работают компенсаторы реактивной мощности и устройство для экономии электроэнергии.

Людям, купившим такое устройство, приходит по почте посылка с красивой коробочкой. Внутри расположен элегантный пластмассовый корпус с двумя светодиодами на лицевой стороне и вилкой для установки в розетку — с обратной.

Чудо-прибор для экономии электроэнергии (для увеличения нажмите на рисунок):

На приложенной фотографии показаны заявленные производителем характеристики: 15000 Вт при напряжении в сети от 90 до 250 В. Оценим их с точки зрения электрика-практика по приведенным под картинками формулам.

При наименьшем указанном напряжении такое устройство должно пропускать через себя ток 166,67 А, а при 250 В — 60 А. Сравним полученные расчеты с нагрузками сварочных аппаратов переменного напряжения.

Ток сварки для стальных электродов диаметром 5 мм составляет 150÷220 ампер, а для толщины 1,6 мм достаточно — 35÷60 А. Эти рекомендации есть в любом справочнике электросварщика.

Вспомните вес и габариты сварочного аппарата, который варит электродами 5 мм. Сравните их с пластмассовой коробочкой, величиной с зарядное устройство мобильного телефона. Подумайте, почему от тока 150 А плавятся стальные электроды 5 мм, а остаются целыми контакты вилки этого «прибора», да и вся проводка в квартире?

Чтобы понять причину такого несоответствия, пришлось вскрыть корпус, показав «внутренности» электроники. Там кроме платы для подсветки светодиодов и предохранителя размещена еще одна пластиковая коробочка, для бутафории.

Внимание! В этой схеме отсутствует устройство для экономии электроэнергии или ее компенсации.

Неужели обман? Попробуем разобраться с помощью основ электротехники и действующих промышленных компенсаторов электроэнергии, работающих на предприятиях энергетики.

Принципы электроснабжения

Рассмотрим типовую схему подключения к генератору переменного напряжения потребителей электричества, как маленький аналог питающей электросети квартиры. Для наглядности его характеристик индуктивности, емкости и активной нагрузки показаны обмотка трансформатора, конденсатор и ТЭН. Будем считать, что они работают в установившемся режиме при прохождении по всему контуру тока одной величины I.

Электрическая схема (для увеличения нажмите на рисунок):

Здесь энергия генератора с напряжением U распределится составными частями на:

  • обмотку индуктивности UL;

  • обкладки конденсатора UC;

  • активное сопротивление ТЭН UR.

Если представить рассматриваемые величины векторной формой и выполнить их геометрическое сложение в полярной системе координат, то получится обыкновенный треугольник напряжений, в котором величина активной составляющей UR по направлению совпадает с вектором тока.

UХ образован сложением падений напряжений на обмотке индуктивности UL и обкладках конденсатора UС. Причем это действие учитывает их направление.

В итоге получилось, что вектор напряжения генератора U отклонен от направления тока I на угол φ.

Еще раз обратите внимание на то, что ток в цепи I не меняется, он одинаков на всех участках. Поэтому разделим составляющие треугольника напряжений на величину I. На основании закона Ома получим треугольник сопротивлений.

Общее сопротивление индуктивности XL и емкости ХС принято называть термином «реактивное сопротивление» Х. Приложенное к клеммам генератора полное сопротивление нашей цепи Z состоит из суммы активного сопротивления ТЭН R и реактивного значения Х.

Выполним другое действие — умножение векторов треугольника напряжений на I. В итоге преобразований формируется треугольник мощностей. Активная и реактивная мощность у него создают полную приложенную величину. Суммарная энергия, выдаваемая генератором S, расходуется на активную Р и реактивную Q составляющие.

Активная часть расходуется потребителями, а реактивная выделяется при магнитных и электрических преобразованиях. Емкостные и индуктивные мощности потребителями не используются, но нагружают токопроводы с генераторами.

Внимание! Во всех 3-х прямоугольных треугольниках сохраняются пропорции между сторонами, а угол φ не меняется.

Теперь будем разбираться, как проявляется реактивная энергия и почему счетчики бытовые ее не учитывали.

Что такое компенсация реактивной мощности в промышленности?

В энергетике страны, а более точно — государств целого континента, производством электричества занято огромнейшее число генераторов. Среди них встречаются как простые самодельные конструкции мастеров-энтузиастов, так и мощнейшие промышленные установки ГЭС и атомных станций.

Вся их энергия суммируется, трансформируется и распределяется конечному потребителю по сложнейшим технологиям и транспортным магистралям на огромные расстояния. При таком способе передачи электрический ток проходит через большое количество индуктивностей в виде обмоток трансформаторов/автотрансформаторов, реакторов, заградителей и других устройств, создающих индуктивную нагрузку.

Воздушные провода, а особенно кабели, создают в цепи емкостную составляющую. Ее величину добавляют различные конденсаторные установки. Металл проводов, по которым протекает ток, обладает активным сопротивлением.

Таким образом, сложнейшая энергетическая система может быть упрощена до рассмотренной нами схемы из генератора, индуктивности, активной нагрузки и емкости. Только ее необходимо еще объединить в три фазы.

Задача энергетики — дать потребителю качественное электричество. Применительно к конечному объекту это подразумевает подачу на вводной щиток электроэнергии напряжением 220/380 В, частотой 50 Гц с отсутствием помех и реактивных составляющих. Все отклонения этих величин ограничены требованиями ГОСТ.

При этом потребителя интересует не реактивная составляющая Q, создающая дополнительные потери, а получение активной мощности Р, которая совершает полезную работу. Для характеристики качества электричества пользуются безразмерным отношением Р к приложенной энергии S, для чего применяется косинус угла φ. Активную мощность Р учитывают все бытовые электрические счетчики.

Устройства компенсации электрической мощности приводят в норму электроэнергию для распределения между потребителями, уменьшают до нормы реактивные составляющие. При этом также осуществляется «выравнивание» синусоид фаз, в которых убираются частотные помехи, сглаживаются последствия переходных процессов при коммутациях схем, нормализуется частота.

Промышленные компенсаторы реактивной мощности устанавливаются после вводов трансформаторных подстанций перед распределительными устройствами: через них пропускается полная мощность электроустановки. Как пример, смотрите фрагмент однолинейной электросхемы подстанции в сети 10 кВ, где компенсатор принимает токи от АТ и только после его обработки электричество поступает дальше, а нагрузка на источники энергии и соединительные провода уменьшается.

Промышленные компенсаторы электроэнергии в сети 10 кВ:

Вернемся на мгновение к прибору «Saving Box» и зададим вопрос: как он может компенсировать мощности при расположении в конечной розетке, а не на вводе в квартиру перед счетчиком?

Смотрите на фото, как внушительно выглядят промышленные компенсаторы. Они могут создаваться и работать на разной элементной базе. Их функции:

  • плавное регулирование реактивной составляющей с быстродействующей разгрузкой оборудования от перетоков мощностей и снижения потерь энергии;

  • стабилизация напряжения;

  • повышение динамической и статистической устойчивости схемы.

Выполнение этих задач обеспечивает надежность электроснабжения и уменьшение затрат на конструкцию тоководов нормализацией температурных режимов.

Что такое компенсация реактивной мощности в квартире?

Электроприборы домашней электрической сети также обладают индуктивным, емкостным и активным сопротивлением. Для них справедливы все соотношения рассмотренных выше треугольников, в которых присутствуют реактивные составляющие.

Только следует понимать, что они создаются при прохождении тока (учитываемого счетчиком, кстати) по уже подключенной в сеть нагрузке. Генерируемые индуктивные и емкостные напряжения создают соответствующие реактивные составляющие мощности в этой же квартире, дополнительно нагружают электропроводку.

Их величину никак не учитывает старый индукционный счетчик. А вот отдельные статические модели учета способны ее фиксировать. Это позволяет точнее анализировать ситуацию с токовыми нагрузками и термическим воздействием на изоляцию при работе большого количества электродвигателей. Емкостное напряжение, создаваемое бытовыми приборами, очень маленькое, как и ее реактивная энергия и счетчики ее часто не показывают.

Компенсация реактивной составляющей в таком случае заключается в подключении конденсаторных установок, «гасящих» индуктивную мощность. Они должны подключаться только в нужный момент на определенный промежуток времени и иметь свои коммутационные контакты.

Такие компенсаторы реактивной мощности имеют значительные габариты и подходят больше для производственных целей, часто работают с комплектом автоматики. Они никак не снижают потребление активной мощности, не могут сократить оплату электроэнергии.

Рекламируемый чудо-прибор «Saving Box» и другие аналогичные устройства не имеет ничего общего с подобными конструкциями. Как устройство для экономии электроэнергии он работать не может.

Заключение

Заявленные производителем возможности и технические характеристики «Saving Box» не соответствуют действительности, используются для рекламы, построенной на обмане.

Обществу защиты прав потребителей и правоохранительным органам давно пора принять меры к прекращению продаж в стране некачественной продукции хотя бы через государственные каналы информации.

Потребляемая активная и реактивная мощность в квартире может быть снижена при выполнении простых рекомендаций, изложенных в статье: «Как экономить электроэнергию в квартире и частном доме».

Инвертор реактивной мощности

На этой странице будет представлено описание и предложена принципиальная схема несложного устройства для экономии электроэнергии, так называемый инвертор реактивной мощности. Устройство полезно при использовании, например, таких часто употребимых бытовых электроприборов, как бойлер, электродуховка, электрочайник и других, в том числе не нагревательных электронных устройств, телевизор, компьютер и др. Устройство может использоваться с любыми счетчиками, в том числе и сэлектронными, даже имеющими в качестве датчика шунт или воздушный трансформатор. Устройство просто вставляется в розетку 220 В 50 Гц и от него питается нагрузка, при этом вся электропроводка остается нетронутой. Заземление не требуется. Счетчик при этом будет учитывать примерно четверть потребленной электроэнергии.


Увеличить ()

Инвертор реактивной мощности, принципиальная схема для ознакомительных целей

Получить рабочую схему данного устройства с указанием номиналов элементов и подробной инструкцией по сборке и настройке можно .

Немного теории. При питании активной нагрузки фазы напряжения и тока совпадают. Функция мощности, представляющая собой произведение мгновенных значений напряжения и тока, имеет вид синусоиды, расположенной только в области положительных значений. Счетчик электрической энергии вычисляет интеграл от функции мощности и регистрирует его на своем индикаторе. Если к электрической сети вместо нагрузки подключить емкость, то ток по фазе будет опережать напряжение на 90 градусов. Это приведет к тому, что функция мощности будет расположена симметрично относительно положительных и отрицательных значений. Следовательно интеграл, от нее будет иметь нулевое значение, и счетчик ничего не будет считать. Иными словами попробуйте включить любой неполярный конденсатор после счетчика. Вы увидите, что на него счетчик никак не реагирует. Причем, независимо от емкости. Принцип работы инвертора, простой, как двери и состоит в использовании 2-х конденсаторов, первый из которых заряжают от сети в течение первого полупериода сетевого напряжения, а в течение второго — разряжают через нагрузку потребителя. Пока нагрузка питается от первого конденсатора второй также заряжают от сети без подключения нагрузки. После этого цикл повторяется.

Таким образом, нагрузка получает питание, по форме в виде пилообразных импульсов, а ток потребляемый от сети- почти синусоидальный, только его апроксимирующая функция опережает по фазе напряжение. Следовательно счетчик учитывает не всю потребленную электроэнергию. Достичь смещения фаз 90 градусов не возможно, так, как заряд каждого конденсатора завершается за четверть периода сетевого напряжения, но апроксимирующая функция тока через электрощетчик при правильно подобранных параметрах емкости конденсаторов и нагрузки может опережать напряжение до 70 градусов, что позволяет счетчику учитывать всего четверть от фактически потребленной электроэнергии. Для питания нагрузки, чувствительной к форме напряжения, на выходе устройства можно установить фильтр, чтобы приблизить форму питающего напряжения к правильной синусоиде.

Проще говоря инвертор представляет собой несложное электронное устройство, преобразующее реактивную мощность в активную (полезную). Устройство включается в любую розетку, а от него питается мощный потребитель (или группа потребителей). Оно сделано таким образом, что потребляемый им ток по фазе опережает напряжение на 45..70 градусов. Поэтому счетчик воспринимает устройство как емкостную нагрузку и не учитывает большую часть фактически потребленной энергии. Устройство, в свою очередь, инвертируя полученную неучтенную энергию, питает потребители переменным током. Инвертор рассчитан на номинальное напряжение 220 В и мощность потребителей до 5 кВт. При желании мощность может быть увеличена. Главным достоинством устройства является то, что оно одинаково хорошо работает с любыми счетчиками, в том числе с электронными, электронно-механическими и даже новейшими, которые имеют в качестве датчика тока шунт или воздушный трансформатор. Вся электропроводка остается нетронутой. Заземление не нужно. Схема представляет собой мост на базе четырех тиристоров с несложной схемой управления. Собрать и настроить устройство можно самостоятельно, имея даже небольшой радиолюбительский опыт.

Перейти и растаять в своей любимой социалке

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *