Moc czynna, bierna i pozorna – jak definiujemy w elektrofizyce?
Na układ prądu zmiennego zawsze działają trzy typy mocy. Moc w elektro fizyce definiowana jest jako skalarna wielkość fizyczna określająca pracę wykonaną w jednostce czasu przez układ fizyczny. Z definicji, moc określa wzór: P=W/t, gdzie:
P - moc,
W – praca,
T – czas.
Moc elektryczna definiowana, jako praca którą wykonuje energia elektryczna w jednostce czasu. Jednostką mocy w układzie SI jest wat.
Trzy moce wpływające na działanie układów zasilających, np.: oświetlenie led to:
• moc czynna (oznaczana jako P) to ta moc, która zamieniana jest na energię lub pracę. W układach prądu przemiennego jest to część mocy, którą odbiornik pobiera ze źródła i zamienia na pracę - energię lub ciepło. W układach prądu stałego cała moc jest mocą czynną. Jednostką mocy czynnej jest wat.
• moc bierna (oznacza jako Q), nie jest mocą użyteczną, aczkolwiek do działania niektórych elementów jest niezbędna, nie przekłada się na wykonanie pracy urządzeń zasilanych energią elektryczną, jest zwracana na zasadzie „feedbacku” do sieci elektrycznej. W obwodach prądu zmiennego jest wielkością opisującą pulsowanie energii elektrycznej między elementami obwodu elektrycznego. Ta oscylująca energia nie jest – jak wspomnieliśmy - zamieniana na użyteczną pracę - energię lub ciepło, ale jest konieczna do funkcjonowania np. transformatorów, silników. Energia jest pobierana ze źródła w części okresu przebiegu zmiennego, magazynowana przez odbiornik (w postaci energii pola elektrycznego lub magnetycznego) i oddawana do źródła w innej części okresu, co jest związane z zanikiem pola w odbiorniku;
Moc bierną generują więc urządzenia wyposażone w określone elementy elektryczne, jak cewki (które znajdziemy m.in. w wiertarkach, mikserach, odkurzaczach i innych urządzeń posiadających elementy obrotowe) lub kondensatory (są powszechnie wykorzystywane w zasilaczach i urządzeniach elektronicznych);
• moc pozorna (S) to suma mocy biernej i czynnej. Jest to wielkość fizyczna określana dla obwodów prądu przemiennego. Wyraża się ją jako iloczyn wartości skutecznych napięcia i natężenia prądu. Stosunek mocy czynnej i pozornej nazywany jest współczynnikiem mocy (PFC - Power Factor). Jeśli wynosi on równo 1 to oznacza idealną sytuację, w której zużywamy całą energię.
Kompensacja mocy biernej w układach zasilania dla technologii led – dlaczego jest to ważne?
Nadmierna ilość mocy biernej w układzie przekłada się na straty energii i mniejszą efektywność energetyczną systemów elektrycznych (większa ilość mocy biernej sprawia, że mniejsza ilość energii faktycznie służy wykonaniu pracy, czyli np.: działaniu oświetlenia).
Oprócz tego, moc bierna wiąże się z obciążeniem sieci elektrycznej, co może skutkować awariami.
Kompensacja mocy biernej polega na wprowadzeniu do układu elektrycznego urządzeń (kompensatorów mocy biernej - APFC - Active Power Factor Correction), które będą generować moc bierną przeciwną do tej, która już występuje w układzie. W ten sposób można wyeliminować lub też zredukować moc bierną. W przypadku oświetlenia i technologii led skutecznym rozwiązaniem jest zastosowanie zasilaczy z aktywnymi kompensatorami mocy biernej. Pozwalają one uzyskać współczynnik mocny równy 0,9 do 0,99, czyli jak najbliższy stanu idealnemu. Kompensatory pozwalają na utrzymanie równowagi między mocą czynną i bierną. Konstrukcja elektroniczna w takich zasilaczach led zapewnia wysoką odporność na wahania napięcia sieciowego, a w szczególności na impulsowe wzrosty napięcia. Jest to bardzo istotne do zabezpieczenia wrażliwych na przepięcia diod LED i innych podzespołów. Kompensacja ma duże znaczenie w przypadku dużej ilości urządzeń.
Dzięki temu możemy osiągnąć:
• Niższe rachunki za prąd - nawet o 30% opłat na rachunkach. Warto zauważyć, że w starej technologii lamp jażeniowych współczynnik mocy wynosił 0,5, co oznaczało olbrzymie rachunki odbiorcy za energię, bez stosowania kompensatorów;
• Poprawę jakości energii elektrycznej – czyli minimalizacja zakłóceń elektrycznych i ich stabilniejsza praca i większa trwałość urządzeń elektrycznych;
• Zmniejszenie konsumpcji energii czynnej, czyli niwelowanie strat mocy czynnej.
Przeczytaj również inne wpisy blogowe: